基于CFD活塞环表面凹腔微造型动压润滑性能研究

采用基于N-S方程的CFD方法,将缸套-活塞环摩擦副简化为平面滑动摩擦副,忽略次要因素建立三维表面凹腔微造型动压润滑模型,分析凹腔面积占有率、凹腔深度、凹腔半径变化分别对举升力的影响。研究表明:平面滑动摩擦副表面凹腔微造型可以产生动压润滑效应;当面积占有率为12%～20%,凹腔深度为5～10μm,凹腔半径为90～120μm时动压润滑性能较好。     

三用阀阀芯微造型的动压润滑性能#br#

以煤矿三用阀中的安全阀阀芯的密封面为研究对象,通过在阀芯表面开设微造型以改善其润滑及抗磨损性能。建立阀芯微造型的数学模型,采用基于N S方程的计算流体力学方法对微造型区域进行流场分析。通过得到不同结构参数及速度参数下的阀芯表面压力分布曲线及阀芯承载力曲线,探究在阀芯表面开设微造型对改善其动压润滑性能的影响效果。分析结果表明：在水压三用阀阀芯表面开设的微造型能产生良好的动压润滑效果;动压润滑性能随壁面间隙的增大,先略有下降然后再逐渐增强;随微造型深度的加深,先提高而后再逐渐下降;而不断增大微造型半径及壁面移动速度均能使动压润滑性能不断提升。     

激光微造型表面固体润滑性能研究

采用声光调Q二极管泵浦固体光源(DPSS)Nd:YAG激光器,在45#钢试样表面进行表面微造型加工。以聚酰亚胺(PI)和二硫化钼(MoS2)复合固体润滑材料作为固体润滑剂,通过两步加温固化黏结工艺成功制备微造型固体润滑试样。在MMW-1A型摩擦磨损试验机上进行光滑无润滑试样、光滑表面固体润滑试样和微造型固体润滑试样的摩擦性能对比试验,以及微造型固体润滑试样在不同转速和压力下的摩擦性能试验。结果表明,在经过激光加工的微凹坑中填充复合固体润滑材料的试样,在摩擦过程中微凹坑中填充的固体润滑材料能有效转移到在摩擦表面,补充消耗掉的润滑材料,因而表现出更好的摩擦学性能。     

凹槽织构流体动压润滑性能的CFD研究

采用基于N-S方程的CFD方法,探究了不同截面形状和凹槽承载力的关系,以及织构面积率、速度和凹槽深度对承载能力的影响。结果表明:方形截面形状凹槽的承载能力最好,三角形的最差;滑动速度对承载能力有很大的影响;随着织构面积率的增加,承载力呈现了先增大、后减小、再增大的过程;当织构深度和摩擦副间距大小相当时,凹槽承载力最优。     

分形表面的微织构对动压润滑性能的影响

在分析分形表面形貌和人工织构对弹流润滑影响的基础上,建立关联表面分形特性的织构润滑模型。通过数值计算方法分析润滑模型中压力流量因子与表面分形维数及表面织构参数之间关系。计算结果表明:在一定分形维数下,平均流量模型结果适用于没有织构的各向同性分形表面;在同一分形维数下,压力流量因子随着织构参数凹腔深度的增加而增大,随着凹腔半径的增加而减小;在同一织构参数下,压力流量因子随分形维数的增加先增加后趋于稳定。     

激光微造型表面摩擦磨损性能研究

采用声光调Q二级管泵浦固体光源（DPSS）Nd：YAG激光器对缸套试件表面进行了,微造型州纹加工。在往复式活塞环-缸套摩擦磨损模拟试验机上进行了激光造型缸套试件与未造型光滑缸套试件的摩擦磨损性能对比试验研究。试验结果表明,在重载高速条件下,激光网纹试件与未造型试件相比,摩擦因数降低23％,磨损量降低66％。说明激光网纹沟槽具有贮油、积屑和动压润滑作用,同时激光加工的网纹淬火效应也有利于提高支承表面的耐磨抗擦伤性能。     

楔形织构对流体动压润滑性能的影响

采用基于N-S方程的CFD方法对流体动压润滑状态下的表面织构进行数值模拟,分析了不同几何参数下楔形结构对表面织构动压性能的影响。结果表明：几何参数对织构的动压性能有着显著影响,对称及楔形收敛织构的动压性能随深度比的增大呈先增大后减小趋势,随面积率的增大而增大;而相反的楔形结构使织构表现出相反的动压性能,因此当深度比增大到一定程度后,楔形发散织构表现出较楔形收敛织构更优的动压性能。此外通过正交模拟得出,相同工况下,对织构动压性能影响的主次因素依次为表面形状>面积率>截面形状>深度比,对负压幅值影响的主次因素依次为深度比>截面形状>表面形状>面积率,为织构的设计优化提供参考。     

基于计算流体力学方法求解流体润滑问题的研究

在分析雷诺方程求解流体润滑问题上的不足与局限性的基础上,给出了基于N-S方程的计算流体力学(CFD)求解流体润滑问题的方法。对CFD方法求解流体润滑问题的可行性进行了研究,给出了CFD方法求解流体润滑问题的一般流程、求解过程、数值计算实例,最后指出了CFD方法求解流体润滑问题时可能的发展趋势。     

液压缸活塞表面微织构动压润滑性能分析

以织构化间隙密封液压缸为研究背景,利用平均雷诺方程对缸筒与活塞的配合处微织构流场进行数学建模,采用有限差分法对平均雷诺方程进行离散,分别对织构形貌为球缺面、圆柱面、圆锥面、抛物面、六面体和正方体进行数值模拟,获得最优微织构形貌,同时探讨了表面粗糙度,表面方向参数和面积占有率对表面摩擦因数的影响。结果表明:六种不同形貌的微织构均能在活塞表面产生动压润滑效果,圆柱形微织构表面动压润滑性能最好;粗糙表面的粗糙峰在运动过程中能够形成动压承载力,圆柱形表面的摩擦因数随粗糙度的增加而增加,微织构的摩擦因数随表面方向参数的增加而减小,随着面积占有率的增加而减小。     

微造型阀芯摩擦副的动压承载及润滑特性

以水液压滑阀的阀芯摩擦副为研究对象,通过在阀芯表面设计微造型结构以改善其动压承载和润滑性能。采用基于N-S方程的CFD方法分析微造型阀芯摩擦副的流场,得到微造型阀芯表面的压力分布曲线、承载力曲线以及摩擦力曲线,研究阀芯叠合量大于2.5 mm时,叠合量的大小对微造型阀芯摩擦副动压承载及润滑性能的影响。研究结果表明:光滑阀芯的表面无动压润滑效果,而微造型阀芯的表面可产生油膜动压支撑;且随着阀芯叠合量的减小,微造型阀芯表面的承载力值呈上升趋势,从而使阀芯和阀套间摩擦副的接触摩擦力减小。     

对流体动力润滑基本方程的再探讨

对流体动力润滑的基本方程重新进行了探讨，严格证明了雷诺方程的右端小于零是在两润滑表面之间形成流体动力润滑的充要条件，指出形成稳定的流体动力润滑并不需要同时具有相对滑动速度和沿速度方向收敛的间隙。在廓清雷诺方程中的挤压作用项和楔形作用项的概念的同时，针对移动表面的润滑问题，提出一个比现在通行的雷诺方程更具一般性的雷诺方程。     

倾斜微孔表面气体润滑动压特性实验研究

以倾斜椭圆微孔表面为研究对象,开展了微孔排布方式对倾斜微孔气体润滑动压特性的实验研究。实验中对部分开孔、全开孔以及双列开孔3种典型分布形式倾斜微孔表面的气膜厚度和摩擦扭矩进行了测量,结果表明:倾斜微孔表面可保证摩擦配副表面迅速打开;在相同孔型几何参数条件下,微孔的排布方式对倾斜微孔表面的动压性能影响明显,部分开孔表面优于全开孔表面,而双列开孔表面的动压效果最好;转速越高,倾斜微孔结构的导向作用越明显,动压效应越强,气体润滑成膜能力越好。实验结果与理论分析一致,为多孔端面结构设计提供了实验依据。     

Effect of Micro-Dimples on Hydrodynamic Lubrication of Textured Sinusoidal Roughness Surfaces

Surface texturing has been applied to improving the tribological performance of mechanical components for many years. Currently, the researches simulate the film pressure distribution of textured rough surfaces on the basis of the average flow model, and however the influence of roughness on the film pressure distribution could not be precisely expressed. Therefore, in order to study the hydrodynamic lubrication of the rough textured surfaces, sinusoidal waves are employed to characterize untextured surfaces. A deterministic model for hydrodynamic lubrication of microdimple textured rough surfaces is developed to predict the distribution of hydrodynamic pressure. By supplementing with the JFO cavitation boundary, the load carrying capacity of the film produced by micro-dimples and roughness is obtained. And the geometric parameters of textured rough surface are optimized to obtain the maximum hydrodynamic lubrication by specifying an optimization goal of the load carrying capacity. The effect of roughness on the hydrodynamic pressure of surface texture is significant and the load carrying capacity decreases with the increase of the roughness ratio because the roughness greatly suppresses the hydrodynamic effect of dimples. It shows that the roughness ratio of surface may be as small as possible to suppress the effect of hydrodynamic lubrication. Additionally,there are the optimum values of the micro-dimple depth and area density to maximize the load carrying capacity for any given value of the roughness ratio. The proposed approach is capable of accurately reflects the influence of roughness on the hydrodynamic pressure, and developed a deterministic model to investigate the hydrodynamic lubrication of textured surfaces.     

弹流润滑条件下织构表面亚表层特性研究

为研究在弹流润滑状态下表面形貌对亚表层特性的影响,利用激光加工方法获得2种微凹坑型织构表面形貌,通过将实测的表面形貌坐标输入弹流润滑数值计算程序得到油膜压力和膜厚分布;以对应工况的油膜压力作为表面法向压应力,利用Rabinowicz经验公式算出剪切应力;将表面法向压应力和切向剪应力叠加后对弹流润滑界面亚表层特性进行仿真研究。结果表明：表面织构使亚表层应力分布发生显著改变;微凹坑直径、卷吸速度对亚表层应力的大小与分布有不同的影响;亚表层变形在摩擦过程中呈现随深度增加先缓慢减小后快速下降的规律,研究结果将为通过表面形貌设计改善轴承等零件受力状况提供理论支持。     

动压滑动轴承润滑状态与磨损分析

运用物理分析与理论计算的方法对动压滑动轴承的不同润滑状态进行分析,说明轴承在不同润滑状态下运行时的磨损情况及其对轴承运行性能的影响。文中结合具体实例进行计算并对引起轴承损伤的原因进行分析,说明轴承所处的润滑状态对其磨损和寿命有着直接的关系。     

ISG型混合动力系统滑动轴承液体动力润滑性能探讨

建立了包括滑动轴承、机电耦合轴和发动机缸体在内的混合动力系统轴系数学模型,依此模型对混合动力系统轴承液体动力润滑性能进行分析,分别计算了一个工作周期内不同混合动力工况和不同电机功率情况下滑动轴承的偏心率和油膜压力.计算结果的分析表明,混合动力工况改变和电机功率的增大不会明显影响混合动力系统轴承的偏心率和油膜压力;根据机电耦合轴电机端轴承的油膜压力和偏心率可以优化电机轴承以及电机的选型和设计.     

面接触润滑条件下表面形貌对动压润滑的影响

利用课题组自主研发的面接触光干涉油膜厚度测量系统,对表面凹槽滑块的流体动压润滑油膜厚度进行了试验测量.试验中以静止的微型凹槽滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面构成润滑副,且两润滑平面始终保持平行;在载荷固定的条件下,对油膜厚度—速度曲线进行测量.结果表明凹槽的宽度、深度、方向和位置等因素对油膜厚度有着重要影响.     

压裂泵滑动轴承流体动压润滑性能研究

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用计算流体力学软件Fluent进行滑动轴承的流场分析,考察润滑油黏度、轴瓦间隙、润滑流量、润滑油压对压裂泵用滑动轴承的影响。结果表明：随着滑履与导板间隙的减小,导板的形变与应力会增大,最优导板间隙为0.5 mm左右;增大供油流量会使导板的形变与应力降低,供油流量最好不低于2.2 L/min;增大供油黏度会使导板的形变与应力变大,在0.2~0.4 Pa·s范围内供油黏度越小越好;随着供油油压的增大,导板的形变与应力增加显著,当油压大于4 MPa时,导板的应变与应力呈现指数级增大,当供油油压为3 MPa时,导板的形变与应力达到最小值。     

水垫带式输送机的润滑机制研究

为了提高水垫带式输送机的承载能力,对其润滑机制进行研究。由纳维-斯托克斯方程着手,根据流体润滑理论推导出水垫带式输送机水垫的雷诺方程,建立了水垫的数学模型。该方程是水垫带式输送机润滑理论的基础,其物理意义就在于将水垫的压力、流量、速度以及水垫厚度联系在一起。结果表明,输送机水垫的承载能力是由动压效应、挤压效应、静压作用3部分组成,其中起主要作用的是静压作用,动压效应的存在提高了水垫的承载能力。