仿生非光滑结构的摩擦磨损试验研究

研究了非光滑表面形态对摩擦磨损的影响规律。通过对9种仿生非光滑形态模型试块在JF150DⅡ-型定速式摩擦试验机上进行的润滑摩擦试验表明,光滑试块的润滑及耐磨效果最差,沉坑形试块的耐磨性和润滑性提高不大,而通孔倒角形和通孔形试块能显著提高耐磨性和润滑性,证明了仿生非光滑结构具有良好的耐磨润滑性能,并通过正交试验分析了仿生非光滑形态、分布等因素对润滑的影响效应。     

凹坑形仿生刀齿土壤切削力分析

土壤对疏浚机具的粘附会增加切削阻力、降低切削效率。土壤动物的非光滑表面为疏浚机具的仿生设计提供了参考。非光滑表面切削土壤具有减阻的作用,针对凹坑形非光滑表面的刀齿切削土壤的的受力情况进行理论分析,建立了其土壤切削模型。利用软件Fluent进行了凹坑形光滑表面刀齿在土壤切削过程中的力学分析,结果表明:在一定的土壤条件下,与光滑表面刀齿相比,非光滑凹坑形刀齿粘附对土壤粘附力较小,受到的切削阻力也较小。理论分析和与数值模拟均验证了非光滑凹坑形仿生刀齿能够起到预期的减粘减阻的效果。     

仿生非光滑表面磨损试验方案设计的研究

非光滑表面对耐磨性有影响,并且不同的非光滑表面对耐磨性的影响是不同的。为了研究非光滑形态凹坑的耐磨性规律,分别进行了非光滑凹坑表面磨损试验D-最优设计和2种均匀试验方案设计的研究。考虑到各种实际条件,综合比较最后选择以将温度为条件因素,大小、距离、分布、速度、负荷、时间为试验因素的均匀设计方案来进行试验。     

微结构表面展开轮摩擦磨损特性与仿真研究

为了提高AVIKO系列钢球检测系统中展开轮的服役寿命及检测精度，在增大表面摩擦因数的同时减少磨损，将表面微结构应用于展开轮，研究其摩擦磨损特性。利用激光在试件周向外表面加工三种不同直径参数的凹坑微结构，并用自主设计的摩擦磨损试验机进行试验，得到摩擦因数与磨损量，通过数值模拟得到应力分布图和磨损深度图，与光滑表面试件进行对比和分析。结果表明，在干滑动摩擦条件下，微结构表面试件均比光滑表面试件的摩擦因数更大且磨损量更小，微结构表面通过改变应力分布和分散磨损点位置减少了磨损并提高了耐磨性。所建立的数值模拟磨损模型可用于预测微结构表面磨损深度，为微结构表面展开轮的寿命预测提供了基础理论。     

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。     

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。     

沟槽形表面织构对摩擦噪声的影响

用电加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出沟槽形表面织构(沟槽深度为30μm、宽度为150μm、间距为500μm),采用球—平面接触方式,选取直径为10mm的Si3N4球为对磨副,对沟槽形织构表面和光滑表面进行了摩擦噪声对比试验,研究了沟槽形表面织构对界面摩擦振动噪声的影响。试验结果表明(以下结论只针对本试验选定尺寸规格的沟槽形表面织构):法向载荷对织构表面产生摩擦噪声强度的影响较小,而对光滑表面产生摩擦噪声的水平具有重要影响;沟槽形织构表面在低法向载荷下较光滑表面更易产生摩擦噪声,但随着法向载荷从5N增大到10N,光滑表面产生的摩擦噪声强度迅速增大并与织构表面的接近;沟槽形表面织构使摩擦系统更易产生多频率的摩擦振动,较早地产生摩擦噪声且其主频率成分较复杂;沟槽形织构表面比光滑表面具有较高的摩擦因数和耐磨性,沟槽形织构的存在明显地改变了接触界面摩擦磨损行为和摩擦噪声特性,但其对应关系需要进一步深入研究。     

刮板输送机仿生条纹型中部槽耐磨性试验研究

为了提高刮板输送机中部槽的耐磨性,以扇贝壳及穿山甲鳞片的非光滑条纹结构为仿生原型设计了仿生中板。以磨损深度为响应值,基于单因素法和响应面法进行磨损分析,探究耐磨仿生的最优结构参数,结果表明：显著性影响由大到小依次为宽度、宽高比、节距,条纹宽高比与条纹宽度的交互作用最为明显;在特定工况（煤颗粒粒度6~8 mm、载荷20 N、刮板链链速0.65 m/s）下,条纹型结构的最优耐磨参数组合为：宽高比4.94,宽度1.81 mm,节距6.33 mm。对最优参数组合下的条纹中板与光滑中板的耐磨性进行仿真和试验对比,结果表明：最优耐磨参数组合下的条纹中板具有良好的耐磨性能,与光滑中板相比,磨损质量减小78.54%。分析其耐磨机理发现,条纹凸体对煤散料的流动具有分流和导向作用,缓解了中板表面的受力,使磨损深度减小。     

曲轴颈仿生非光滑凹坑表面耐磨性试验研究

用激光方法加工了曲轴颈仿生非光滑凹坑表面,采用均匀试验研究了速度、负荷、时间和凹坑圆周方向的距离等因素对曲轴耐磨性的影响,得出影响激光处理仿生非光滑曲轴颈凹坑表面耐磨性的多因素回归方程。结果表明速度、负荷、时间和凹坑圆周方向的距离对仿生非光滑曲轴颈表面耐磨性有显著影响,而凹坑轴向之间的距离对耐磨性影响不大。     

采掘机械用截齿磨损的研究进展

分析了镐形截齿的作用机理和截齿磨损的原因,并通过几种不同的截齿磨损的研究试验进一步分析截齿磨损研究在生产中的应用,以期提高截齿的质量以及延长其使用寿命。     

提升轮胎抗滑水性能的仿生方法

提高花纹沟排水能力是提升轮胎抗滑水性能的主要途径之一,借鉴仿生学理念,将凹坑形仿生非光滑结构引入花纹沟,探索研究通过降低花纹沟流体阻力提高花纹沟排水能力的仿生方法。以轮胎接地区单个花纹沟作为研究对象,在沟底布置凹坑形仿生非光滑结构,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)和正交试验设计相结合的方法,研究凹坑形仿生非光滑结构对壁面减阻率的影响规律,确定最优参数组合;为进一步提升凹坑形仿生非光滑结构的减阻率,提出一种水滴形凹坑仿生结构,并对其减阻特性进行分析,得出其减阻效果优于圆形凹坑结构;将最优的水滴形凹坑仿生结构布置于花纹沟底部,分析其抗滑水性能。结果表明,水滴形凹坑仿生结构能够减小水流阻力,提高轮胎花纹沟排水量,降低轮胎在水膜上行驶时所受到的胎面动水压力,提升轮胎的抗滑水性能。     

激光强化40Cr合金钢表面磨损特性研究

采用CO2激光器及不同的激光强化参数对40Cr钢进行表面强化,并将其与热轧Q235钢组成摩擦副,在干摩擦条件下进行摩擦磨损试验,旨在确定合理的激光强化参数,为提高矫直辊耐磨性提供试验依据。通过对试验结果的定量分析得出,激光强化可以提高40Cr钢的耐磨性。采用扫描电镜对激光强化后的40Cr钢表面和磨损表面进行分析,发现激光强化后40Cr钢的金相组织主要是致密的马氏体,而且磨损表面比正常淬火的40Cr钢的表面光滑,仅产生一些微裂纹。     

波纹形仿生疏浚绞刀刀齿的减粘减阻研究

土壤对水下作业的疏浚绞刀的粘附是影响其工作效率的主要原因,而土壤动物的非光滑表面为疏浚绞刀的减粘减阻仿生设计提供了参考。针对河蚌表面进行研究,应用相似原理设计出4种波纹形仿生疏浚绞刀刀齿,并进行离散元仿真。仿真结果表明,在波纹参数设计合理的条件下,河蚌非光滑波纹表面具有减粘减阻效果,为波纹形仿生疏浚绞刀刀齿参数优化设计奠定了基础。     

线接触滑——滚条件下微凹坑表面摩擦特性

线接触副在工程中广泛存在,且大多工作在弹性流体动压润滑状态下。为研究微凹坑对线接触摩擦副摩擦学性能的影响及表面三维表征参数与摩擦学特性之间的联系,采用激光微造型技术通过控制微凹坑面积占有率、凹坑深度、间距等参数加工制造4个表面粗糙度相同,且表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28%的圆柱形试件;然后使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,且采用ISO25178定义的参数对三维表面形貌进行表征;并在电气化改造后的JPM-1型双盘摩擦磨损试验机上,针对不同滑滚比、不同载荷、不同转速等工况,完成一系列线接触弹流摩擦试验。结果表明,表面形貌的微观结构特性对线接触摩擦副的摩擦特性具有明显的影响,并给出表面体积参数以及特征参数与摩擦的关系;同时,在不同的工况条件及不同的滑滚比下表面结构特性对摩擦的影响效果也不同。     

不同电解液及电解时间下表面形貌对45钢减磨性的影响

为提高材料表面耐磨性，探究不同电化学加工参数所生成的表面形貌对材料摩擦学性能的影响。对45钢试件进行电化学试验，研究试件在不同电解液中电解时间对凹坑形貌的影响，以及表面形貌对45钢试件在干摩擦和乏油润滑条件下摩擦性能的影响。结果表明：电解加工后试件表面变得较为光滑，且出现了随机分布的圆形凹坑，圆坑的分布密度随着电解加工时间的增加而增加；在2种摩擦条件下，试件的磨损体积变化趋势一致，均随着电解时间的增加先减小然后逐步增大；使用质量分数15%氯化铵为电解液时，表面凹坑半径随着电解时间的增加而增加，但试件过长的电解时间将导致表面质量变差。从试验得到的磨损体积与摩擦因数可知，凹坑直径范围在50～80μm、深度范围在5～10μm为最佳试验组，在干摩擦与乏油润滑条件下，相比未电解处理的45钢试件，磨损体积分别下降了13%和14%。在20%氯化钠与10%次氯酸钠的混合电解溶液下，电解时间180 s获得最优的45钢试件，相比未电解处理的45钢试件磨损体积降低了33%。     

采煤机截齿齿体材料及工艺分析

根据截齿齿体材料的要求,分析准贝氏体钢、冷贝氏体钢、高韧性二次硬化型钢材等材料性能,其工艺大多采用空冷与高温回火的方式,而在齿体表面耐磨性与硬度的提高领域,一般采用堆焊、表面热喷涂等工艺,不仅能够满足采煤机齿体对硬度、韧性、耐磨性等性能的要求,还能极大地提高采煤机的使用寿命和工作效率。     

滑动轴承材料表面凹坑形状对摩擦学性能的影响

研究了2种不同形状表面凹坑的双金属材料的摩擦磨损性能。结果表明:菱形凹坑双金属材料的摩擦因数比圆形凹坑低,耐磨性更好,且PV值更大,承载能力更强;菱形凹坑更利于润滑油扩散,其双金属材料的润滑性能更好。     

化工机械设备轴承合金表面微造型对摩擦磨损性能的影响

为了研究表面微凹坑造型对化工机械设备中轴承合金润滑摩擦性能的影响,利用UMT-2型多功能摩擦磨损试验机,对不同工艺参数表面微凹坑轴承合金进行油润滑条件下摩擦磨损试验。研究了微凹坑面积密度、深度对摩擦因数的影响规律,同时探讨了工况条件对摩擦性能的影响。试验结果表明:微凹坑面积密度和微凹坑深度对摩擦性能的影响均存在最优值,微凹坑面积密度为10%,深度为25μm时,表面微凹坑造型减摩效果最佳;微凹坑面积密度、深度不变时,表面微凹坑造型试样摩擦因数随加载载荷增大而增加,说明高载荷工况下利用微凹坑造型改善耐磨性能效果不明显。磨痕形貌分析表明,低载荷工况下,合金表面微凹坑造型抗磨损效果明显。     

凹坑型织构对81107-TN推力圆柱滚子轴承干摩擦性能的影响

为深入研究凹坑型织构对滚动轴承"外圈-保持架-滚动体-内圈"系统摩擦磨损性能的影响,以81107-TN推力圆柱滚子轴承为研究对象,通过在轴圈滚道表面制备凹坑型织构,在MMW-1 A型万能摩擦磨损试验机上进行试验,揭示了不同凹坑直径(200,250,300μm)和深度(4,8,12μm)时轴承的干摩擦磨损行为,同时,结合...     

尾部非光滑表面对于不同车型的气动特性分析

将凹坑型非光滑表面布置在不同车型的尾部,研究其对气动阻力的影响。通过数值计算方法,得出不同车型的气动阻力值,并对比试验结果验证其可靠性。同时模拟出3种不同车型的尾部流场、压力等参数,并对比分析光滑模型与非光滑模型之间的参数差异,分析尾部非光滑车表减阻的机理。研究表明:尾部非光滑表面对于不同车型均有一定程度的减阻效果。