磁流变抛光表面粗糙度建模与仿真

为研究磁流变抛光表面粗糙度与工艺参数之间的关系,本文建立数学模型并进行了求解验证。通过分析磁流变抛光技术的原理以及磁流变抛光过程中的材料去除机理,结合Preston方程建立磁流变抛光力学模型。分析工件表面受到的正压力,依据磁流变抛光机理对氧化锆陶瓷工件理论模型的流体动压力和磁场产生的磁化压力进行求解分析,具体化磁流变抛光的力学模型,解得正压力。对磁流变抛光的表面粗糙度进行建模,依据单颗磨料的材料去除作用模型建立磁流变抛光的表面粗糙度数学模型,分析抛光过程中影响表面粗糙度的具体因素,并通过MATLAB软件对方程进行仿真求解,得到磁场强度和磨料粒径对表面粗糙度的影响规律。结果表明,表面粗糙度和工件的压入深度存在一阶线性关系;当磨料粒径固定不变时,表面粗糙度随着磁场强度的增大而增大;当磁场强度固定不变时,表面粗糙度值与磨料粒径之间呈现正比关系。通过实验证明了模型和仿真结果的准确性,仿真分析得到的磁场强度与磨料粒径的关系,磁场强度与表面粗糙度之间的关系与实验一致,确定的磁场强度合理范围为0.4T左右,磨料粒径在2.5μm左右。     

薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的数值计算研究

采用ANSYS的APDL语言编程通过参数化变量方式实现了薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的整个建模与分析过程,其中包括参数化生成满足高斯分布的随机粗糙表面与计及摩擦因数和薄膜/基体弹性模量比变化情况下的自动有限元分析过程。计算结果表明:当摩擦因数一定时,随着薄膜/基体弹性模量比的增大,应力分布逐渐向基体深处扩展,粗糙表面上各点接触压力一致减小,接触压力峰值减小的最大幅度为9.0%;当弹性模量比一定时,摩擦因数的变化对基体部分应力分布的影响不大,然而随着摩擦因数的增加,粗糙表面上各点接触压力增大,接触压力峰值增加的最大幅度为13.2%,可见摩擦因数和弹性模量比对薄膜粗糙表面的接触应力有明显影响。     

表面粗糙度对黄铜/铬青铜摩擦副载流摩擦磨损性能影响的研究

以黄铜/铬青铜为摩擦副,在销-盘式摩擦磨损试验机上进行了载流摩擦学特性研究,探讨了载流条件下摩擦副的表面粗糙度对摩擦学特性的影响.结果表明:摩擦副表面粗糙度存在一个最佳值,使质量磨损率最小,载流效率、载流稳定性也较好;摩擦因数先随表面粗糙度的降低而升高,当表面粗糙度降低到一定程度以后摩擦因数的变化趋于平稳.质量磨损率随着表面粗糙度的降低先减小后增大;载流导致质量磨损率增大,且随着电流密度的增大,这种影响更加显著.     

剑麻纤维和低密度聚乙烯填充聚甲醛复合材料的摩擦磨损性能

通过双螺杆挤出熔融共混的方法制备剑麻纤维(SF)和低密度聚乙烯(LDPE)共同填充的聚甲醛复合材料,在HT-500型高温摩擦磨损试验机上考察其干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其磨损表面形貌,分析磨损机制。结果表明:添加适量的LDPE能显著降低POM的摩擦因数和磨损率,当LDPE质量分数为5%时,复合材料的摩擦因数下降21.7%,磨损率降低10%;随SF质量分数的增加,POM/5%LDPE/SF复合材料的摩擦因数和磨损率呈现先增大后减小再增大的趋势,当SF质量分数为5%时,复合材料摩擦磨损性能优异,在转速为1 120 r/m in,恒定载荷为8 N的实验条件下,其稳定摩擦因数为0.16,磨损率为1.61×10-6mm3/(N.m)。纯POM磨损方式以黏着磨损为主,POM/5%LDPE/SF复合材料以疲劳磨损为主,伴随有转移膜的剥落。     

局部磁场作用下磁流变弹性体夹层梁振动特性研究

设计和制备了中间层为含铁磁颗粒质量比为80%的磁流变弹性体材料,上下表面层为铝合金的磁流变弹性体夹层梁。在局部磁场作用下搭建了磁流变弹性体夹层梁悬臂状态下的振动响应特性测试实验台。实验结果表明,通过在夹层梁水平方向移动永久磁铁,即局部外加磁场由夹层梁的固定端向自由端移动时,其一阶振动频率有逐步减小的趋势。同时,通过沿夹层梁垂直方向移动永久磁铁改变磁场强度的大小,此时夹层梁的一阶振动频率在外加磁场强增大时也呈减小趋势。两组实验均表明在局部磁场控制下能有规律地改变磁流变弹性体夹层梁的一阶振动频率。根据这种变化规律有望设计出频率变化范围更宽的移频装置。     

不同表面粗糙度下动压轴承静特性分析

当动压滑动轴承的工作表面粗糙度达到和油膜厚度同一量级(μm)时,表面粗糙度对轴承验平台,对42CrMo钢的滑动摩擦副进行试验,并建立了考虑表面粗糙度的Reynolds数学模型进行求解,得到不同表面粗糙度下油膜承载力、摩擦阻力以及摩擦因数等特性参数。研究结果表明,随着载荷增大,摩擦阻力变大、摩擦因数变小;同等载荷下,随着润滑油温度升高,摩擦阻力变小、摩擦因数变小;粗糙度越大,摩擦阻力也越大、摩擦因数越大。     

有场制备的磁流变弹性体压缩弹性模量测试分析

针对磁流变弹性体压缩弹性模量随磁场变化的问题,在磁场存在的环境下制备出其材料配比分别为羟基铁粉为108 g,硅橡胶为28 g,硅油为18 g的磁流变弹性体磁流变弹性体,在压缩应变ε=2.6%的情况下分别对磁场方向与磁流变弹性体颗粒链压缩方向平行和垂直的情况下建立了数学分析模型。对磁流变弹性体的压缩弹性模量进行了理论分析,并通过实验印证了理论分析的准确性。研究结果表明,加载磁场方向与磁流变弹性体内部颗粒链压缩方向平行的情况下,材料内部磁致压缩力随着磁感应强度的增强而非线性增大;加载磁场方向与磁流变弹性体内部颗粒链压缩方向垂直的情况下,材料内部磁致压缩力随着磁感应强度的增强而非线性减小。     

基于Carreau流变模型的渐开线齿轮摩擦因数研究

结合载荷分担概念和弹流润滑理论,研究润滑剂的流变性对渐开线齿轮油膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响;分别采用Carreau流变模型和Doolittle-Tait自由体积黏度模型描述润滑剂的剪切稀化特性及黏压关系,研究齿轮载荷、转速、表面粗糙度和润滑剂压黏系数对摩擦因数的影响。研究结果表明:不同的润滑剂剪切稀化特性不同,因此油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均不同;摩擦因数随着转矩的增大先显著增大,当超过某一转矩值时,摩擦因数开始缓慢变化;摩擦因数随着转速的增加先显著减小,当转速增加至某一值时摩擦因数又随之增大;随着表面粗糙度和润滑剂压黏系数的增大,摩擦因数均明显增大。     

羰基铁粉类型及含量对磁流变液摩擦性能的影响

分别以羰基型、还原型、磷化型3种类型的羰基铁粉配制不同的磁流变液,采用四球摩擦磨损试验机研究不同类型及含量的羰基铁粉对磁流变液摩擦性能的影响,并考察不同基础油磁流变液体系对羰基铁粉的感受性。结果表明:在硅油体系和矿物油体系中,磷化型羰基铁粉均表现出好于其他2种羰基铁粉的摩擦性能;磁流变液的摩擦因数随着羰基铁粉含量的增加呈现先增大后减小的趋势,当羰基铁粉的质量分数为70%时,磁流变液表现出较好的摩擦性能;矿物油对羰基铁粉的感受性好于硅油。     

MPU/UHMWPE共混体系的摩擦学性能及拉伸性能

通过添加超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-MAH)对混炼型聚氨酯弹性体(MPU)进行减摩改性,研究了UHMWPE和相容剂PE-g-MAH加入量对共混体系摩擦因数、表面能和拉伸性能的影响,通过扫描电子显微镜对共混体系的相容性进行了分析。结果表明:随着UHMWPE加入量的增多,共混体系的摩擦因数、表面能和断裂伸长率逐渐降低,弹性模量则不断增大,拉伸强度先增大后减小;随着PE-g-MAH加入量的增多,共混体系的摩擦因数不断降低,而表面能先逐渐升高后趋于平缓,拉伸强度、断裂伸长率先增大后减小,弹性模量不断增大;当共混体系配比为w(MPU)∶w(PE-g-MAH)∶w(DCP)∶w(UHMWPE)=100∶8∶0.05∶15时,共混体系的改性效果最好,摩擦因数达到最低且拉伸性能保持最佳。     

表面粗糙度对橡塑O形圈往复密封性能的影响

建立三维确定性混合润滑数值仿真模型,该模型采用统一Reynolds方程系统法,耦合了固体力学分析、流体力学分析和接触力学分析;生成非高斯粗糙表面,基于混合润滑模型研究表面粗糙度、自相关长度比值和纹理方向对橡塑O形圈往复密封摩擦力、泄漏率、平均膜厚和接触面积比等密封性能的影响规律。研究表明：低速时随着表面粗糙度的增大,润滑区接触面积比增大,引起摩擦因数增大,平均膜厚先增大后减小,临界接触面积比约为40%;在混合润滑状态时,对于横向纹理粗糙表面,存在合适的自相关长度比值使得密封的摩擦因数和接触面积比最低;当纹理方向θ=π/10时,摩擦因数最小。     

偶件表面粗糙度对PTFE材料摩擦磨损性能的影响

为了研究干摩擦条件下偶件表面粗糙度对聚四氟乙烯(PTFE)密封材料摩擦磨损性能的影响,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机,在不同载荷和转速下研究由PTFE材料制作的试验环分别与316L不锈钢和45#钢配副时的摩擦磨损性能,并利用粒形分析仪对PTFE试验环试验前后端面的形貌进行观测;利用触针式轮廓仪对摩擦配副钢环的端面粗糙度进行精确测量,分析表面粗糙度对PTFE试验环摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:在干摩擦条件下,摩擦配副钢环的表面粗糙度过高或者过低都会引起PTFE试验环磨损量的增加;定载荷时,PTFE试验环磨损量随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大先减小后增大,随转速的增大而增大;定转速时,PTFE试验环摩擦因数随摩擦配副钢环表面粗糙度的增大稍减小后而后增大,随载荷的增大先减小后增大;在相同工况下,316L不锈钢对PTFE试验环的切削和犁沟作用比45#钢更加明显。     

均匀梯度磁场作用下的磁性流体摩擦性能试验研究

采用激光微加工技术制作不同孔径与密度的表面织构的摩擦副试样,设计制造一对可产生均匀梯度磁场的亥姆霍兹线圈,将其安置于改造后的UMT3摩擦试验机中,使摩擦副能在均匀梯度磁场内进行摩擦试验。以磁性流体为润滑油,考察不同载荷、运动频率下,不同表面织构的摩擦副试样在均匀梯度磁场作用下的摩擦性能。结果表明:适当孔径与密度的表面织构能提高磁性流体的摩擦性能;摩擦副表面织构在均匀梯度磁场作用下抗磨性能和极压性能明显提高;摩擦因数随均匀梯度磁场强度的增大而显著减小。     

聚苯酯填充聚四氟乙烯基超声电机转子摩擦材料性能研究

制备聚苯酯填充聚四氟乙烯基超声电机转子摩擦材料,探讨聚苯酯含量对聚四氟乙烯基摩擦材料力学和摩擦学性能以及对应超声电机性能的影响。结果表明:聚苯酯能够提高PTFE复合材料的硬度和弹性模量;随着聚苯酯含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损量均先减小后增大,在本文研究范围内,当聚苯脂质量分数为5%时,复合材料的摩擦因数最小,磨损量最低,且使用该复合材料时超声电机的堵转力矩和空载转速均较高,综合性能较优。     

碳纳米管增强PTFE复合材料摩擦磨损性能研究

以不同含量的CNTs(碳纳米管)为填料制备了PTFE基复合材料,测量其硬度,在M-2000型摩擦磨损试验机上研究其摩擦磨损行为。结果表明,CNTs能提高PTFE的硬度,CNTs/PTFE复合材料的耐磨性能明显优于纯PT-FE,当CNTs的质量分数为3%时,复合材料的耐磨性能大幅度提高。其摩擦因数随着CNTs含量的增加而加大,当CNTs的质量分数为1%时,摩擦因数随载荷的增加而减少,CNTs的质量分数为3%和5%时,摩擦因数随载荷的增加而增大。SEM观察发现:纯PTFE的断面上分布着大量的带状结构,而填充CNTs后,摩擦表面较平整光滑,表明CNTs作为填料可有效地抑制PTFE的犁削和粘着磨损。     

方向性微孔对润滑状态转化的影响

基于平均流量模型和微凸体接触模型,研究混合润滑状态下织构表面的摩擦特性,通过数值求解得到Stribeck曲线,分析法向载荷、润滑油黏度、表面粗糙度、方向因子和倾斜角对摩擦因数及名义摩擦副间隙等摩擦性能参数的影响规律。结果表明：混合润滑条件下,随着载荷的减小或润滑油黏度的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,混合润滑转变为流体润滑时的临界转速降低;随着表面粗糙度的增大,摩擦因数和名义摩擦副间隙均增大,临界转速升高;随着倾斜角的减小或方向因子的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,并且倾斜角越小,临界转速越低。     

磁场条件下钢轨材料的摩擦磨损性能试验研究

基于HSR-2M高速往复摩擦磨损试验机,试验研究在永磁体磁场条件下,法向载荷、往复速度等参数对钢轨材料摩擦性能的影响,通过磨痕形貌分析其磨损机制,并与无磁场条件下的结果进行对比。试验结果表明:磁场的引入可以在一定程度上减小钢轨材料的摩擦因数、磨损率;增大滑动速度对摩擦因数和磨损率均有减小作用,增大载荷能够降低摩擦因数,但磨损率增加;磁场能够提高钢轨材料在摩擦过程中的磨损性能。无磁场时,钢轨材料磨损形式为典型的磨粒磨损,摩擦系统的磨损率和摩擦因数较大;有磁场时,磨损形式主要为黏着磨损,摩擦因数和磨损率较小。     

面接触下水合羟乙基纤维素的润滑特性研究

以羟乙基纤维素(HEC)作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下HEC润滑液的润滑特性。采用红外光谱仪分析HEC化学组成,结合分子动力学模拟分析HEC与水分子的相互作用,采用白光干涉三维表面形貌仪测量试样的表面形貌,借助微摩擦磨损试验机(UMT-2)探究转速、载荷、质量分数对润滑液润滑特性的影响。结果表明:HEC可以与水分子形成中、高强度的氢键;转速变化在摩擦副入口处对润滑液的成膜过程产生影响,进入摩擦副的润滑膜可以保持稳定的润滑状态,摩擦因数随转速增大几乎不变;增大载荷,润滑液在摩擦副间分布更加均匀,提升润滑性能,摩擦因数随载荷增大而减小;随润滑液质量分数增大,摩擦因数先减小后增大,质量分数为1.00%时摩擦因数最小。提出羟乙基纤维素水基润滑模型,模型包括水分子层和水合羟乙基纤维素层,其中水合羟乙基纤维素层起主要作用。     

不同润滑状态下表面粗糙度对人字槽密封性能的影响

为研究端面形貌对液膜密封密封性能的影响,在人字槽液膜密封端面结构的基础上,建立考虑密封表面粗糙度的数学模型,采用端面形貌表征值(微凸体周向与径向的长度比)和表面粗糙度标准差(综合表面粗糙度的均方根偏差)表征粗糙参数,分析不同润滑状态下表面粗糙度参数对人字槽密封性能的影响。计算结果表明:在混合摩擦状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数和泄漏量逐渐减小,液膜承载能力变大;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数和泄漏量变大,液膜承载能力下降;在全液膜密封状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数不变,泄漏量减小,液膜刚度先增大后略为减小;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数不变,泄漏量和液膜刚度变大。     

基片偏压对ta C薄膜结构和摩擦因数的影响

利用磁过滤阴极电弧技术,通过改变基片负偏压(0~500 V)制备四面体非晶碳(ta C)薄膜,研究基片负偏压对ta C薄膜结构和摩擦因数的影响.研究表明,基片负偏压对ta C薄膜的sp3键含量有很大影响,当负偏压为200 V时,ta C薄膜的sp3键含量为85%.在0~200 V范围内随着基片偏压的增大,表面粗糙度逐渐减小,在负偏压为200 V时,薄膜表面粗糙度最小,为0.18 nm左右;当负偏压超过200 V后,由于薄膜中石墨相增多,薄膜表面粗糙度将增大.随着基片偏压的逐渐增大,由于薄膜表面粗糙度的减小和在摩擦中石墨相自润滑层的形成,薄膜的摩擦因数大大降低,耐磨性提高.