表面织构形状对牙轮钻头轴承摩擦学性能影响的实验研究

牙轮钻头滑动轴承作为钻头破岩过程中传递载荷的关键部件,在低速重载的钻井过程中易发生黏着磨损失效。为改善牙轮钻头滑动轴承的耐磨性能,利用纳秒激光雕刻技术,在牙轮钻头滑动轴承轴颈表面加工了面积比为10%、深度为20μm的圆形、矩形、三角形及复合织构;基于赫兹相似理论,设计近似模拟钻头轴承工况的环-块配对副单元实验方案,并在UMT摩擦试验机上开展织构形状对钻头滑动轴承摩擦副摩擦因数、磨损量、温升变化和微观形貌影响规律的实验研究。结果表明:仿生织构的形状及布置方式对减摩和耐磨效果影响极大,其中圆形、矩形织构的减摩和耐磨性能最优,其次为三角形织构,而复合织构反而增大了摩擦因数及磨损量;单一织构对试件磨损量及温升的影响不大,而复合织构在增加摩擦的同时温度有明显升高,不利于井下高温环境下延长牙轮钻头寿命。     

表面织构布置方式对高分子材料摩擦磨损的影响

摩擦副动环使用316不锈钢材料,静环分别选用赛龙SXL、研理PREM和研理UNIV 3种高分子材料,通过摩擦磨损试验评估水润滑条件下凹坑表面织构布置方式对3种摩擦副的摩擦因数和磨损量等参数的影响规律,筛选合适的织构布置方式及摩擦副的高分子材料。试验结果表明,当硬材料与软材料作为一对摩擦副时,织构应布置在软材料试样上,这样有利于防止软材料变形后的凸峰嵌入到硬材料的织构凹坑中,可减小摩擦与磨损,改善摩擦副的润滑状况;此外,当表面织构布置在软材料试样上时,摩擦因数也最小;研究的3种高分子材料中,研理UNIV具有较好的摩擦学性能。     

表面织构及其对摩擦学性能的影响

介绍了表面织构的图案和加工方法以及摩擦学性能的测试方法,阐述了不同表面织构对摩擦学性能的影响及机制,总结了当前表面织构研究的主要成果,并提出了未来表面织构研究需要深入开展的工作.     

沟槽型织构表面对界面摩擦学行为的作用机制

在球-盘接触状态下,研究具有不同宽度的沟槽型织构表面对界面摩擦学特性的影响,并揭示沟槽型织构表面对界面摩擦学行为的作用机制。试验结果表明:沟槽型织构表面显著地改变界面的摩擦学行为,特定尺寸参数的沟槽型织构表面能有效改善界面的摩擦磨损特性;沟槽的存在改变摩擦界面的接触状态,从而引起界面的法向位移和法向力信号产生突变;具有合理尺寸参数的沟槽型织构表面,能充分捕获界面的磨屑,避免对摩试样之间产生强烈的撞击作用,从而有效地改善界面摩擦学行为。     

表面织构化对摩擦学性能影响的研究进展

表面织构技术是通过微细加工技术在材料表面加工出具有一定几何形貌与尺寸,且排列规律的图案,从而改善材料表面摩擦学性能的新型表面改性技术。表面织构因在改善材料摩擦学特性方面具有的突出优势而在机械摩擦配副中发挥着重要的作用。介绍了常见的表面织构加工技术,阐述了不同工况下表面织构的减磨机理,总结了表面织构形貌及其几何参数对耐磨性能的影响,并展望了表面织构技术的未来发展方向。     

粗糙度对微凹坑织构化表面摩擦学性能的影响

为了研究表面初始粗糙度和微凹坑织构共存时的表面摩擦性能,采用激光微织构加工技术在不同粗糙度的试样表面上加工出不同几何形貌的微凹坑织构,在MMW-1A摩擦试验机上进行正交摩擦学性能试验。结果表明:在混合润滑区域,表面粗糙度对摩擦性能的影响最为明显,未织构表面越粗糙,摩擦因数越小;存在合适的微凹坑几何参数与表面初始粗糙度值组合,使得织构化粗糙表面的摩擦性能达到最优;表面初始粗糙度对织构化粗糙表面摩擦性能的影响最为重要,其次为微凹坑的面积占有率,最后为凹坑深度,并且织构几何参数与粗糙度之间的交互作用对摩擦性能的影响也是不能忽视的。     

表面凹槽织构微机械加工及其摩擦学性能研究

作为新兴的表面改性技术,表面织构化可以有效减少摩擦,在摩擦表面应用较为广泛.本文介绍了0Crl7Ni7Al表面织构微机械加工技术,研究了相同载荷及转速工况条件下的光滑表面与凹槽织构表面在摩擦过程中的摩擦性能及磨损机理.研究发现,精雕JDGR200T高速加工中心可以加工0.8mm宽度0Cr17Ni7Al表面凹槽织构,且凹...     

微凹槽织构化表面在往复运动条件下的摩擦学特性

采用自主研制的激光微织构加工设备在45#钢试样表面制备出具有不同间距和夹角的微凹槽织构,在UMT-Ⅱ摩擦试验机上进行往复运动摩擦学性能试验。结果发现:在富油润滑条件下,当载荷较低、速度较大时,微凹槽织构具有较好的润滑减摩效果,织构面的平均摩擦因数最大比未织构面下降超过60%;凹槽夹角对摩擦因数的影响受载荷大小的影响,在给定的在载荷下,存在最优的夹角使摩擦因数最小;在其他几何参数相同的情况下,存在最优的槽间距使得平均摩擦因数达到最小,且最优的槽间距基本不受载荷大小的影响。     

部分沟槽表面织构摩擦学性能研究

采用紫外激光在GCr15圆盘试样表面加工出具有不同参数的部分沟槽,在HT-1000高温摩擦磨损试验机上,研究边界润滑状态下,不同载荷和速度下沟槽部分织构率和面积率对摩擦因数的影响。结果表明：在轻载下,随着部分织构率的增加,摩擦因数呈现先减小后增大的趋势,随着面积率的增加,摩擦因数呈现先增大后减小的趋势;部分沟槽表面织构在低速轻载下具有较好的减摩效果,但在高速重载下有增摩的现象。     

非对称结构表面织构对滑动轴承摩擦性能的影响

为揭示织构凹坑方式对径向滑动轴承摩擦性能的影响,基于气液两相流理论,建立径向滑动轴承腔内油气两相流数值计算模型.将传统普通织构改进为出入口呈阶梯状的非对称织构,定义出入口壁面高度比值H为非对称因数,采用SIMPLEC算法进行求解,分析非对称因数对凹槽织构单元流体域内流场的影响,探讨径向滑动轴承不同位置织构、不同转速下非...     

表面凹痕织构动压承载性能的CFD分析

为研究表面凹痕织构的动压承载性能,在建立其几何模型的基础上,采用基于N-S方程的CFD方法研究不同参数下表面凹痕织构的平均承载力变化规律,并考察雷诺数、织构宽度和深度对动压承载性能的影响。结果表明:雷诺数的增加能够大幅提升表面凹痕织构的平均承载力;随着织构宽度的增加,表面凹痕织构的动压承载性能趋于优良;当量纲一织构深度处于0.5～1时,表面凹痕织构具有最佳的动压承载性能。     

纹理表面滑动摩擦稳态摩擦学性能

基于稳态滑动摩擦系统模型,采用球-盘摩擦副定量分析研究法向载荷、滑动速度、初始表面纹理和摩擦副材料对稳态摩擦因数的影响,得到稳态摩擦因数在不同工况下的变化规律。结果表明：滑动摩擦的稳态摩擦因数与磨损率正相关,周向纹理表面的稳态摩擦因数最大,无纹理表面的稳态摩擦因数次之,径向纹理表面的稳态摩擦因数最小;无论何种初始表面形貌,随着转速的增加,稳态摩擦因数先减小后增大,随着法向载荷的增大,稳态摩擦因数呈增长趋势;较深较宽的表面纹理具有更大的稳态摩擦因数和更大的瞬时波动;稳态摩擦因数也与摩擦副材料的选取有关。     

齿背槽过渡圆肋麻花钻

分析了齿背槽过渡倒圆肋麻花钻具有容屑量大、能够一次钻削深孔等特点,介绍了麻花钻横截面上材料应力状态分析研究的结果。以钻削45钢时的耐用度为例,比较了齿背槽过渡倒圆肋麻花钻与普通麻花钻的切削性能。     

摩擦副表面沟槽型织构润滑性能的数值仿真

从目前的研究来看,织构的深度和载荷对油膜的润滑性能具有显著的影响,然而,在载荷变化的情况下,润滑膜的最小膜厚和黏性阻力是一个动态变化的过程。因此不同载荷下,最佳织构深度的选取还需系统地进行分析。通过建立沟槽型织构流体润滑模型,分析了织构的深度以及承载力对摩擦副的油膜厚度、压力、剪切力、以及摩擦因数的影响。结果表明：在承载力一定时,油膜厚度随织构深度的增加呈先增大后减小的趋势。在89 N载荷下时,存在最佳油膜厚度6.4184μm,此时织构深度为2.97μm,摩擦因数为0.0162。     

油槽设计对滑动轴承泄油量的影响

为了确保支撑部位润滑良好,往往需要在轴或轴承表面设计各种油槽,然而增加油槽会伴随着泄油量的增加,影响其他零部件的润滑。为探讨油槽结构对滑动轴承泄油量的影响,采用不同的油槽结构设计方案设计3种齿轮滑动轴承。将轴承的总泄油分为油槽泄油和间隙泄油两部分,分别采用CFD仿真计算油槽泄油量,采用一维仿真计算间隙泄油量。基于某款轻型柴油机润滑系统的仿真试验,验证了计算方法的有效性。结果表明：无油槽的滑动轴承总泄油量最少,仅增加轴向油槽,轴承的总泄油量略有增加,同时增加轴向和周向油槽,轴承的总泄油量显著增加。对于润滑油总流量较低的轻型发动机,应合理设计滑动轴承的油槽结构,避免因泄油过多导致的润滑油压力不足问题。     

表面织构化喷涂涂层摩擦学性能的模糊综合评判

运用等离子喷涂技术制备涂层,在涂层上采用激光表面微造型技术制备各种不同形貌的表面织构。对涂层进行不同温度、不同表面织构、不同润滑剂含量下摩擦磨损性能试验,然后运用模糊综合评判法建立涂层评价指标集,并采用三角模糊数矩阵确定各个指标权重,建立涂层性能模糊评价模型,对等离子喷涂涂层各个影响因素进行综合评判。结果表明：该方法获得的最佳涂层与基于BP神经网络得到的结果一致,它为评定涂层优异性能提供一种直观的量化方案。     

滑动表面仿生微结构的摩擦学效应

主要阐述在3种不同摩擦条件下(干摩擦、油润滑、水润滑),仿生表面微结构的形状、尺寸和分布密度对滑动表面摩擦学效应的影响.在干摩擦条件下,滑动表面仿生微结构能够将磨屑存储起来,排除了磨屑在滑动表面上的聚集,改善了摩擦学性能.而在油和水润滑条件下,仿生微结构能产生液体动压润滑薄膜和微型动压润滑室,导致承载能力增强和摩擦因数降低.因此,仿生表面微结构能显著地降低摩擦因数,提高滑动表面抗磨损的能力.     

不对中径向滑动轴承微凹槽织构数值分析

为研究凹槽位置、深度、倾斜角和面积率等因素对不对中径向滑动轴承摩擦学性能的影响,基于Reynolds方程建立滑动轴承的摩擦润滑数学模型,采用有限差分法迭代求解不同凹槽微织构参数影响下的油膜压力,计算不同织构参数下轴承的承载力、摩擦力和端泄流量等。计算结果表明:凹槽微织构分布在升压区且轴向占比约50%时轴承承载力较高;相比于光滑轴承,微织构轴承的摩擦力更低,且凹槽的轴向占比和深度越大摩擦力越小;微织构对轴承的承载力具有削弱和增强的双重可能,存在最优的凹槽周向和轴向占比、深度和倾斜角使得轴承在较小摩擦力下具有更高的承载力;凹槽微织构的面积率与轴承承载力和摩擦力呈线性相关;轴承的不对中程度越小时,在光滑轴瓦表面加工合适参数的微织构时越有利于提高轴承的摩擦学性能。