仿生非光滑表面对低速大扭矩水压马达配流副承载性能的影响

通过在低速大扭矩水压马达配流盘上设计不同凹坑形仿生非光滑表面,并建立配流副的全水动压润滑模型,基于湍流理论,利用 Fluent 软件研究仿生非光滑表面对低速大扭矩水压马达配流副液膜表面压力分布、承载力的影响。研究表明: 对于低速大扭矩水压马达配流副,在相同凹坑深度和运动速度的条件下,凹坑壁面与液膜表面接触角为锐角时的液膜表面承载力要大于其为直角时的液膜表面承载力;在转速一定时,深度对圆形锥坑的液膜表面承载力的影响很小,在边界润滑的情况下,通过适当增大凹坑深度,可以防止较浅的凹坑由于磨损严重而导致的失效。     

凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的动压润滑计算

通过建立凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的全水动压润滑模型,采用CFD方法及正交试验法研究工况参数(膜厚、转速)及几何参数(坑形、面积率、深径比)对流体动压润滑性能和水膜承载力的影响规律。研究结果表明：凹坑表面产生的承载效应是其静压和动压分布的综合,其中具有凹坑形仿生非光滑表面的斜盘与滑靴相对运动而引起的动压效应起主要作用;工况参数和几何参数对水膜承载力的影响顺序为转速>膜厚>坑形>深径比>面积率;膜厚30 μm、转速3 000 r/min、面积率20%、深径比0.5的三角柱坑为最优水平组合。该研究结果可为高压海水轴向柱塞泵仿生非光滑表面斜盘的设计提供参考。     

带仿生织构的水液压马达配流体摩擦副摩擦学特性仿真研究

针对水液压马达摩擦磨损的问题,基于动压支承理论,对水液压马达带仿生织构表面的配流副摩擦学特性进行了研究。首先利用现有表面微织构,在水液压马达配流副表面构建出了不同直径、不同深度及不同分布的仿生织构;然后运用有限元法,对不同织构形貌下的仿生配流体表面的应力分布进行了计算与分析;最后对其在不同深径比及织构密度下的摩擦等效应力进行了研究。研究结果表明:当配流体仿生织构表面的形状为锥形,转子端面为圆柱坑的双织构海水液压马达配流副的摩擦特性最优;在配流副表面加工出适当的凹坑,可以有效降低配流副表面的摩擦磨损,延长配流副的工作寿命。     

仿生非光滑表面在高压海水轴向柱塞泵配流副中CFD研究

采用半球凹坑单元构思光滑-非光滑交错分布的非光滑表面配流盘,通过CFD研究凹坑等分数(Nf)、直径(d)以及坑径比(З)对配流盘的水膜压力场、凹坑中速度场及举升力的影响。研究结果显示,非光滑表面可以产生动压效应,从而改善配流盘的润滑性能。当Nf=12,d=0.5 mm,З=0.7时,配流盘的润滑水膜所产生的举升力最大,效果最优。为高压海水轴向柱塞泵配流盘的非光滑表面设计提供了理论参考。     

基于分形理论的柱塞泵/马达配流副润滑特性研究

为研究配流盘表面形貌对配流副润滑特性的影响,采用分形理论模拟配流盘表面形貌,建立轴向柱塞泵配流副润滑模型,使用有限差分法对模型进行求解,探讨分形参数对表面轮廓的影响,并进一步分析分形参数和配流副工况参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：分形维数越大,表面轮廓形貌复杂度越高,且粗糙表面高度随尺度系数减小而降低;随着缸体倾角和转速的增大,油膜承载力提升,但摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数也随之升高;配流副润滑性能与分形维数呈现正相关的关系,选取较大的分形维数有利于提升配流副的润滑性能;尺度系数越小其摩擦力越小,但承载力也减小,因此需选择适中的尺度系数。     

基于配流盘表面形貌的柱塞泵空化现象研究

针对轴向柱塞泵配流副内的空化现象,建立了考虑配流盘表面形貌的柱塞泵配流副空化模型,分析了压力、转速和配流盘表面形貌对轴向柱塞泵配流副内空化现象的影响。首先,由于机加工零部件表面具备分形特征,采用了分形理论模拟配流盘表面形貌,在此基础上建立了轴向柱塞泵配流副空化模型;然后,采用有限差分法和松弛迭代法求解了数学模型,得到了符合精度要求的数值解,从而得出了配流副油膜压力分布特征,在此基础上分析了配流盘表面容易发生空化的位置;最后,通过改变配流副的压力、转速和分形参数,得到了不同的压力、缸体转速和表面形貌对配流副空化现象的影响。研究结果表明：配流盘表面易在高压和低压的过渡区域发生局部空化,当配流副排油腔压力达到30 MPa,且配流盘表面较粗糙时,配流盘局部气体体积分数达到92%左右;采用提高配流盘表面的加工精度,降低其表面粗糙度的方法,可以降低配流盘表面产生空化现象的严重程度。     

水压马达配流副椭圆形织构表面流场分析*

为了探究椭圆形织构化表面对水压马达配流副流体动压润滑性能的影响,构建椭圆形织构配流副表面的全水动压润滑模型,采用CFD的方法分析在不同尺寸、不同面积率条件下,两旋转表面摩擦润滑性能的变化规律。结果表明：不同尺寸的椭圆形织构表面均能产生良好的流体动压润滑性能;不同尺寸椭圆形织构的水膜承载力随面积率的变化呈现出不同的变化规律,但相同尺寸的织构表面随面积率的变化呈现出相同的变化规律,且转速越大,规律性越明显;在相同面积率下,转速越高,织构的水膜承载力越强;不同尺寸椭圆形织构在各自最优面积率下的水膜承载力不同,其中长轴、短轴分别为1.6、0.8 mm的椭圆形织构表现出最优的水膜承载性能。     

表面粗糙度对配流副润滑特性的影响

为研究表面粗糙度对轴向液压柱塞泵马达配流副润滑特性的影响,引入Weierstrass-Mandelbort分形函数,对不同幅值的表面粗糙度的表面形貌进行二维和三维模拟,建立考虑表面粗糙度的流固热耦合下的配流副油膜润滑模型,采用中差分形式的有限差分法和松弛迭代法对其进行数值求解,并分析油膜厚度、油膜压力、油膜承载力、摩擦因数等性能参数随着表面粗糙度幅值变化的规律。通过盘-盘形式的配流盘-缸体摩擦磨损试验,得到不同幅值的表面粗糙度下配流副摩擦因数,对所建立的数学模型进行验证。数值计算结果表明,表面粗糙度幅值的增大会引起油膜承载力增大,但也会引起最大油膜压力和摩擦因数的增大,导致摩擦性能下降。摩擦磨损试验发现,表面粗糙度增大,配流盘表面摩擦磨损情况加剧,配流副润滑性能和耐磨性能整体降低。因此在配流盘表面加工处理中,应适当降低其表面粗糙度。     

水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损研究

为探寻低速大扭矩水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损性能,采用精密加工技术在碳纤维增强PEEK试样表面加工出不同形状的仿生非光滑凹坑,与316L不锈钢形成摩擦副,利用MMD-5A多功能摩擦磨损试验机在海水润滑条件下,对其在不同面积占有率下的摩擦因数、磨损率等参数进行测试,考察其凹坑面积占有率对摩擦副摩擦磨损的影响,利用OLYMPUS OLS3100激光共焦显微镜对磨损表面进行分析。研究表明:在海水润滑条件下,下试样CF/PEEK在磨擦过程中主要发生了犁沟效应和磨粒磨损,仿生非光滑表面的凹坑可以有效存储磨粒,减轻磨粒磨损,进而起到减摩效果。面积占有率为15%的圆锥形凹坑仿生非光滑表面更利于存储磨屑,因而摩擦因数最低,减磨效果最好。     

斜盘轴向柱塞泵配流副流固耦合润滑机理研究

当斜盘轴向柱塞泵处于高压工况时，其配流盘会产生翘曲变形。基于弹性流体动力润滑理论，建立斜盘轴向柱塞泵配流副流固耦合模型，求解配流副润滑控制方程，分析了斜盘轴向柱塞泵缸体转速、缸体倾角、液压油黏度、配流副油膜厚度、配流副密封带宽度等工况与结构参数对其配流盘发生翘曲变形的影响。研究显示：斜盘轴向柱塞泵配流盘变形云图以腰形槽中心连线为轴线呈现一定的对称分布；配流盘高压侧外密封带区域变形最大，配流盘低压侧外密封带区域变形最小；在相同工况下，配流盘的材料与结构影响配流副油膜厚度与形状。     

Influence of non-smooth surface on tribological properties of glass fiber-epoxy resin composite sliding against stainless steel under natural seawater lubrication

With the development of bionics, the bionic non-smooth surfaces are introduced to the field of tribology. Although non-smooth surface has been studied widely, the studies of non-smooth surface under the natural seawater lubrication are still very fewer, especially experimental research. The influences of smooth and non-smooth surface on the frictional properties of the glass fiber-epoxy resin composite(GF/EPR) coupled with stainless steel 316 L are investigated under natural seawater lubrication in this paper. The tested non-smooth surfaces include the surfaces with semi-spherical pits, the conical pits, the cone-cylinder combined pits, the cylindrical pits and through holes. The friction and wear tests are performed using a ring-on-disc test rig under 60 N load and 1000 r/min rotational speed. The tests results show that GF/EPR with bionic non-smooth surface has quite lower friction coefficient and better wear resistance than GF/EPR with smooth surface without pits. The average friction coefficient of GF/EPR with semi-spherical pits is 0.088, which shows the largest reduction is approximately 63.18% of GF/EPR with smooth surface. In addition, the wear debris on the worn surfaces of GF/EPR are observed by a confocal scanning laser microscope. It is shown that the primary wear mechanism is the abrasive wear. The research results provide some design parameters for non-smooth surface, and the experiment results can serve as a beneficial supplement to non-smooth surface study.     

Experimental study on influence of dimples on lubrication performance of glass fiber-epoxy resin composite under natural seawater lubrication

Bionic non-smooth surface is widely applied in metal and ceramics materials. In order to introduce this technology to high pressure seawater pump, the influence of bionic non-smooth surface on the engineering plastics used in pump should be investigated. The comparative tests are carried out with a ring-on-disc configuration under 800, 1000, 1200 and 1400 r/min in order to research the influence of the bionic non-smooth surface on glass fiber-epoxy resin composite(GF/EPR) under natural seawater lubrication. The disc surfaces are textured with five kinds of pits, which are semi-spherical, conical, cone-cylinder combined, cylindrical pits and through holes, respectively. A smooth surface is tested as reference. The results show that the lubrication performance of dimpled GF/EPR sample is much better than that of the smooth sample under all rotational speeds. The semi-spherical pits surface has more obvious friction reduction than the others, which shows that the least reduction is approximately 43.29% of smooth surface under 1200 r/min. However, the wear level is only marginally influenced by dimples. The surface morphology investigations disclose severe modifications caused by abrasive wear primarily. The results are helpful to vary friction properties of GF/EPR by non-smooth surface, or provide references to the design of non-smooth surfaces under certain condition.     

超声振动承载气膜对电机转子悬浮支承与减摩的研究

设计一种用于支承电机转子的超声波悬浮轴承,该轴承由圆锥形压电换能器辐射端面与连接在电机转子端的圆锥环构成。压电换能器在振动过程中在轴承间隙形成稳定的承载气膜,对电机转子悬浮。对承载气膜产生的承载能力进行分析和测试,获得悬浮力与悬浮间隙之间的关系,从理论上分析在超声悬浮支承条件下,悬浮间隙变化与气膜刚度对电机转速的影响,对转子最高转速与悬浮间隙的关系进行实验研究。结果表明,利用压电换能器圆锥辐射面与圆锥环构造的超声波悬浮轴承,能够形成对电机转子的轴向和径向支承;通过减小悬浮间隙,能够增强间隙气膜的刚度,并提高转子的最高转速,轴承间无摩擦。     

圆盘转子流体阻力分析与试验研究

分析了圆盘转子在紊态流体中旋转受到的流体阻力,利用边界层理论计算了转子旋转所需的扭矩与功率,设计了转子试验装置,得到了转子在不同转速下所需的扭矩和功率数据,应用最小二乘曲线拟合方法得到了转子扭矩、功率与转速的关系。分析结果表明：转子扭矩与转速的一次方和二次方有关,功率与转速的一次方、二次方、三次方均有关。尽管应用边界层理论计算时忽略了表面形状等因素的影响,计算结果较试验数据偏小但仍可作为选取电机的参考。另外,通过对摩擦阻力系数进行修正,可以得到与试验数据相符的计算结果。     

Blast response of corroded steel plates

Numerical results for one- and both-sided corroded steel plates subjected to blast loading are presented. Finite element analysis, with ABAQUS software, is employed to determine the deformation and stress distributions. The results for the case of triangular pulse pressure on un-corroded plates are validated against literature-based data and then, detailed parametric studies are carried-out. The effects of influential parameters including, plate aspect ratio, degree of pit and different ratio of pit depth at each sides of the plate are investigated. The results show that position of pitted surface in respect to applied pressure is the most influential parameter on reduction of dynamic load carrying capacity of pitted plates. By increasing degree of pitting, reduction of dynamic load carrying capacity decrease more.     

平动回转式压缩机的泄漏研究

建立了平动回转式压缩机主要泄漏通道的数学模型,通过计算得到各个通道的泄漏量随转角的变化情况,进行了泄漏量的分析,并比较了各个泄漏通道的泄漏量。计算结果表明:各个泄漏通道中,转子外表面与气缸内表面之间的径向间隙的泄漏量最大,占总泄漏量的80.38%,其次是转子端面间隙和滑片端面间隙,其泄漏量各占总泄漏量的9.48%和10.14%;在相同的工作条件下,各个泄漏通道的泄漏量都随转速的升高而增大,但各个通道泄漏量所占的比例基本不变;通过平动回转式压缩机性能试验对制冷量的测试间接验证了泄漏模型的正确性;通过对间隙泄漏的研究,为平动回转式压缩机的设计研究和加工提供了理论依据。