非连续接触钢绳环式CVT钢丝磨痕特征研究

为揭示非连续接触下钢绳环式CVT钢丝表面磨痕特征及规律,以6×19+IWS右交互捻无接头钢丝绳为研究对象,在连续-非连续接触钢绳环联合试验台上分别对连续、非连续接触下钢丝磨痕特征进行试验探究。结果表明:连续、非连续接触条件,相邻侧股之间磨痕数量是侧股和绳槽之间钢丝磨痕数量的两倍,钢丝表面分布着规则与不规则磨痕;钢丝表面磨痕呈椭圆状沿钢丝捻绕方向分布。钢丝绳磨痕主要分布在:接触非连续绳槽的侧股外层钢丝处、相邻侧股之间的钢丝接触处;接触连续绳槽的侧股外层钢丝处和相邻侧股之间的钢丝接触处。与连续接触相比,非连续绳槽接触的侧股侧丝处钢丝磨痕尺寸最大,磨损最严重。

不同受力状态下镁合金冷喷涂Al-Al_(2)O_(3)复合涂层变形及应力分析

为了更深入地研究镁合金冷喷涂Al-αAl_(2)O_(3)复合涂层在不同受力状态下的力学响应,利用ABAQUS有限元软件分别在AZ31B镁合金上构建了Al-Al_(2)O_(3)复合涂层的定点下压模型、拉伸模型和摩擦模型(其中Al_(2)O_(3)质量分数分别为0%、15%、30%、45%),且对于冷喷涂试验中出现的颗粒随机性进行相应的表征,分析了涂层在不同受力状态下的应力分布及其类型,以期获得复合涂层潜在的失效机制及在不同受力(拉伸、压缩、摩擦)状态下应力之间的联系。研究表明:3种不同受力工况下应力集中现象位于Al_(2)O_(3)颗粒的边缘或附近,且应力在靠近曲率半径最小处达到最大值,但不同的受力会导致应力的类型不同。经过摩擦后的涂层最表层的涂层残余应力为拉应力,次表层则为压应力,涂层最下层则为拉应力,且最表层的残余拉应力平均值随着Al_(2)O_(3)含量增多而增大。研究结果可为涂层设计和材料选择提供理论指导,同时也为相关应用领域提供参考依据。

微织构对挖掘机铲斗关节摩擦副表面耐磨性能研究

为了改善挖掘机铲斗关节摩擦副的磨损问题,以特定的挖掘机模型为例,通过模拟挖掘机铲斗关节摩擦副的典型工况确定其相应的载荷,采用有限元法对此加载条件下各种形貌微织构表面的应力分布进行了研究。采用GY-LC-01型飞秒激光打标机对1Cr13基体表面加工一定尺寸的微织构,在有油润滑条件下,使用端面摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,利用三维扫描深度显微镜观察磨损表面,研究了不同微织构的摩擦机理以及润滑条件下摩擦副的减摩效果。研究结果表明,织构表面的摩擦性能优于非织构表面,应力集中在织构边缘,圆形织构表面应力最小、减摩耐磨特性最好,具有最低的平均摩擦因数。

阴极电流密度对6061铝合金在含Na_(2)WO_(4)电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响。方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm^(2),阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm2,对6061铝合金进行微弧氧化40 min。用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能。结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加。微弧氧化膜的主要组成相为α-Al2O3和γ-Al2O3。当阴极电流密度从0 A/dm2增加到3.75 A/dm2时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升。当阴极电流密度为3.75 A/dm2时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10-4mm3/(N·m)。但阴极电流密度增加到5.0 A/dm2时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降。结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能。

基于表面微织构的钛合金摩擦学性能研究进展

凭借优异的力学性能、较高的材料强度以及出色的耐腐蚀性和良好的生物相容性,钛合金材料广泛应用于航空航天、生物医疗等关键领域。然而,由于钛合金材料的摩擦因数高、摩擦因数不稳定、耐磨性差、化学活性高等缺点,严重影响了其使用性能、服役寿命和应用范围。近年来,凭借在减少实际接触面积、储存磨损碎屑等方面的优势,表面织构技术被证实是改善摩擦副之间摩擦学性能的有效方法,也是机械工程和摩擦学领域的研究热点之一。总结了表面微织构的制备方法和常用的微织构类型,概述了微织构对表面摩擦学的减摩机理。论述了表面织构的类型、织构密度、结构参数、排列角度等因素对钛合金表面摩擦学性能的影响。综述了表面织构技术与固液润滑剂、涂层技术、热扩渗技术等协同作用下钛合金的摩擦学性能研究现状。相对于未处理和单一织构处理的钛合金表面,复合处理技术能够显著提高钛合金的表面耐磨性能,延长钛合金表面织构的使用寿命。最后,对基于表面微织构及其复合处理技术的钛合金摩擦学性能的研究进行总结和展望,提出应该开展在极端工况下复合处理后钛合金表面摩擦学性能的研究。为基于表面微织构的钛合金摩擦学性能的研究提供了参考。

主轴变速下杂质颗粒对水润滑赛龙船艉轴承热弹流润滑性能影响分析

水润滑轴承的润滑剂中混入泥沙杂质颗粒会使轴承的工作环境变得恶劣,降低轴承的润滑性能。为研究水润滑轴承在水中含杂质颗粒条件下的弹流润滑性能,采用多重网格法分析不同主轴变速形式、不同杂质颗粒尺寸和形状对水膜最大压力和最小膜厚的影响,并与纯水润滑条件进行对比。结果表明:主轴三种变速形式中,正弦加速和余弦减速对轴承的润滑性能最有利;杂质颗粒的存在会令润滑水膜的最大压力增大、最小膜厚降低;杂质颗粒的尺寸越大,形状越接近圆形,形成的润滑水膜厚度越低,压力也越大;杂质颗粒的存在会造成压力骤变从而在水膜中逸出气泡,形成气穴现象。

轴向柱塞泵配流副椭圆开口偏置类抛物线微织构多目标优化

为了提高轴向柱塞泵配流副承载性能、抗摩擦磨性能及容积效率,以某型斜盘式轴向柱塞泵配流盘为原型开展研究。首先,依据正交实验理论采用CFD方法研究椭圆开口偏置抛物线微织构(Elliptic opening offset parabola micro texture, EOOPT)形状参数对轴向柱塞泵配流副承载压强、摩擦因数的影响规律,并联合运用神经网络和遗传算法对EOOPT的形状参数进行优化设计。其次,运用响应面分析方法研究EOOPT分布参数对配流副承载压强、摩擦因数和泄漏量的影响规律,并对形状参数进行优化设计。最后对最优特征参数EOOPT织构化的柱塞泵配流副和未织构的相关性能进行对比分析,结果表明,前者的承载压强较后者提高11.23%,摩擦因数和泄漏量分别减低16.67%和2.96%。

油包水型乳化液对齿轮弹流润滑特性的影响

为探究油包水乳化液对齿轮热弹流润滑特性的影响,基于油水乳化液的物理特性,建立了考虑油水两相流体以及热效应的渐开线齿轮线接触稳态热弹流润滑模型,采用多重网格法及多重网格积分法对润滑模型进行求解,分析油膜压力、膜厚随含水率、转速、扭矩的变化关系。计算结果表明,在油包水流型下,随着含水率的增加,乳化液黏度增加,膜厚增加,与纯油润滑相比,油水乳化液润滑具有更好的润滑性能;随着齿轮转速的增加,膜厚增加,润滑性能增强;随着扭矩的增加,压力增加,膜厚减小,润滑性能减弱。最后以膜厚比为判据,以油包水润滑计算为基础,预测了不同工况下齿轮形成有效润滑油膜所需的油水乳化液中润滑油黏度,为油水两相齿轮润滑性能设计与黏度预测提供理论指导依据。

前卡式液压千斤顶往复密封摩擦生热分析

针对千斤顶内油膜摩擦生热问题,提出了一种基于前卡式液压千斤顶内活塞往复密封摩擦生热分析方法。首先,在摩擦生热热源条件下,利用计算流体力学(CFD)数值计算规则,根据活塞往复运动方程进行了用户自定义函数(UDF)编程;然后,结合油液黏温特性建立了千斤顶往复密封摩擦生热仿真计算模型,并给出了千斤顶活塞往复运动油膜摩擦生热建模分析方法;最后,分析了千斤顶油缸内摩擦阻力,并对千斤顶摩擦生热特性进行了仿真分析,得到了千斤顶内温度场分布,并把关键点温度仿真结果与试验数据进行了对比、分析。研究结果表明:前卡式液压千斤顶进行多次张拉工作时,其温度上升趋势和理论分析以及仿真数据基本吻合,在初次张拉工作时,温度上升速度较快;但是在张拉15次后,温度达到29℃左右时,后续温度上升趋势基本相同。前卡式液压千斤顶内温度场分布规律可以为液压千斤顶密封材料选取、结构改进和张拉系统油压表温度补偿提供理论和技术方面的支持。

船用发动机喷油器重载工况下的滚轮−滚轮销混合热弹流润滑分析

喷油器中的摩擦损失以滚轮−滚轮销副为主,并且容易发生磨损、卡滞等问题。因此,针对滚轮−滚轮销副摩擦学性能,建立重载工况下的考虑喷油器压力的混合热弹流润滑模型,获得该摩擦副在一个工作循环内的摩擦学结果。经分析表明,来自喷油器的极高压力会显著降低滚轮−滚轮销摩擦副之间的油膜厚度,并且产生明显的弹性变形以及较高的微凸体接触和油膜温升现象。研究滚轮−滚轮销配合间隙对减摩和降磨的影响,结果表明,当配合间隙为20μm时可以降低约30.7%的摩擦损失以及25.0%的磨损负载,合适的配合间隙可以有效改善滚轮−滚轮销副的润滑状态,降低摩擦和磨损。

变速条件下流体动压效应稳健性分析

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设计目标。以高速动压油膜为研究对象,为掌握几何参数和转速对油膜承载性能波动的影响,进行稳健优化和分析,提取油膜性能稳健优化结果的特征区域。针对传动系统的不同需求,采用计算流体力学方法求解不同转速下的动压滑动轴承油膜压力场,进而求解其主要性能指标:承载力和摩擦功耗。建立研究目标的Kriging近似模型,并在样本点临近区域选择稳健目标计算的子空间,计算目标均值和方差。利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解不同目标组合的Pareto最优解集。结合自组织映射图(SOM)方法进行相关性分析,提取设计目标与几何参数、转速之间的相关性特征,分析最优特征区域中偏心率对目标稳健性的影响,最终确定稳健性好的特征区域,并选择个别结果进行仿真计算验证。结果表明:所提出的最优性分析方法能够清晰展现出稳健最优性区域在设计空间中的分布情况,便于降低几何参数和转速的波动对油膜性能的影响;所提方法能提升优化设计结果的可实现性,有效促进理论设计与工程实际的衔接。

极端条件润滑耐磨表面工程技术的研究与发展

极端条件是高技术装备经常遇到的使役工况,在极端条件下,常规材料将难以满足应用需求,急需发展超高极限性能的材料和技术。针对国家高技术领域装备发展对极端条件润滑耐磨表面工程技术的需求,在综述极端条件润滑耐磨表面工程技术研究与发展的基础上,以粘结固体润滑涂层为主要对象,聚焦关键共性技术难题,以解决实际工程技术难题为目标,重点介绍近年来围绕国家航空航天和核能领域对高极限性能润滑耐磨表面工程关键技术的需求开展相关研究所取得的突破,并列举在此基础上研发的典型产品,展示相关产品在解决高技术领域重大装备极端条件摩擦学问题方面的典型应用成果,体现高极限性能润滑耐磨表面工程技术对国家高技术装备发展的不可替代的重要作用。最后结合国家先进制造未来发展需求,探讨极端条件润滑耐磨表面工程技术的未来发展方向。对全面了解国家高技术领域对极端条件润滑耐磨表面工程技术的需求,推进相关技术和产品的高技术应用,针对未来高技术装备需求发展更高极限性能的润滑耐磨表面工程技术,具有借鉴和参考意义。

钢轨材料局部激光熔覆自熔性合金涂层的磨损与滚动接触疲劳行为

激光熔覆技术可用于钢轨局部损伤表面的局部修复,但局部修复钢轨材料的磨损与滚动接触疲劳损伤规律尚不清楚。通过在钢轨试样表面切除凹槽来模拟局部损伤,在凹槽处激光熔覆Ni基、Fe基和Co基自熔性合金粉末,分析修复钢轨微观组织与硬度,然后利用双轮对滚试验研究局部修复钢轨试样的磨损与滚动接触疲劳行为。结果表明,激光熔覆涂层形成了共晶与枝晶组织,Ni基涂层组织粗大、硬度较小,Fe基与Co基涂层组织尺寸较小,Fe基涂层硬度最大,Co基涂层硬度居中。相比未熔覆区域,激光熔覆区(涂层)塑性变形层厚度较小,且涂层原始硬度越高,硬化后硬度越大,但硬化率和硬化层厚度更小。未熔覆区滚动接触疲劳裂纹较长,但裂纹角度较小;熔覆区裂纹长度均有所降低,但裂纹扩展角度明显增大;熔覆区与未熔覆区结合处疲劳损伤最为严重,疲劳裂纹角度和深度均比熔覆区和未熔覆区更大。对比分析发现,Stellite21(Co基)熔覆试样摩擦因数较低,熔覆区与未熔覆区磨损深度差较小,抗滚动接触疲劳性能较好,较为适合钢轨局部损伤的激光修复。研究结果可为激光熔覆技术在钢轨局部修复上的应用与优化提供理论与技术指导。

织构化盘式摩擦副性能及优化设计研究

为探索提高盘式摩擦副抗摩擦磨损性能的有效途径,以斜盘柱塞泵配流副为研究对象,综合运用仿真分析及试验研究方法对比分析了面积织构率和截深形状相同条件下,椭圆开口和圆形开口离散凹坑微织构及沟槽形微织构配流副的摩擦因数随织构形貌、转速和压力的变化规律。研究结果表明:摩擦因数随转速的增大而显著降低,随压力的增大而降低,椭圆开口离散凹坑微织构为三种微织构中提高配流副性能最优者。对椭圆开口离散凹坑微织构进行多目标参数优化,得出的最优参数为:椭圆开口长轴半径为452μm、短半轴为187μm、径向中心距为0.7 mm。试验结果表明,优化后的织构在不同工况下较优化前摩擦因数和磨损量均有不同程度的降低。

三气合采井下分层调控工具高速流体冲蚀研究

目的针对三气合采复杂工况导致井下分层调控工具易冲蚀失效的问题,开展高速气固混合流体对该工具冲蚀规律研究,以获得其最优结构设计参数。方法通过计算流体力学的方法建立了井下分层调控工具的三维冲蚀模型,并采用离散相模型描述了固相颗粒的运动轨迹。通过数值模拟分析,得到了井下分层调控工具的易冲蚀区域,并通过实验验证了不同结构参数和产量下的冲蚀破坏机理。结果冲蚀磨损区域主要分布在笼套段底部、节流孔及其内壁面、笼套段与固定油嘴的过渡段、固定油嘴入口端、固定油嘴内壁面。随着固定油嘴入口角度增大,固定油嘴内壁面最大冲蚀率变化不大,过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率先增大后减小再增大。随着笼套底部半径增大,笼套段底部最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,但节流孔及其内壁面最大冲蚀率逐渐增大。随着笼套式阀芯开度增大,节流孔及内壁面最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,过渡段及油嘴入口端最大冲蚀率在阀芯开度为60%时取得最大值。随着固相颗粒粒径以及质量流量的增大,节流孔及内壁面、过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率呈增大趋势,笼套段底部和固定油嘴内壁面最大冲蚀率较低且无明显变化。结论本研究结果揭示了高速高压气固两相流对两级节流结构的冲蚀破坏机理,在设计同类井下工具时,可选择固定油嘴进口角为25°~30°,笼套底部半径为25~30 mm,阀芯开度小于50%或大于70%。

仿生犁铧耐磨性能仿真分析与试验研究

目的解决传统犁铧耐磨性差、使用寿命短等问题。方法以栉孔扇贝壳为仿生原型,对其表面几何特征进行提取,将棱纹几何结构特征应用于犁铧的设计。设计6种不同仿生棱纹方向及3种不同仿生棱纹间距的犁铧试样,建立离散元模型,分析土壤颗粒运动速度场以及犁铧耕作阻力图。结果表面仿生结构设计改变了土壤颗粒的流动方向,减小了土壤堆积量,降低了所需牵引力,从而提高了耐磨性能。不同仿生棱纹方向犁铧试样中,F-1竖棱纹结构试样的平均耕作阻力最小,平均耕作阻力值为1681.73 N;不同仿生棱纹间距犁铧试样中,棱纹间距为5 mm的F-1-1仿生表面接触的土壤颗粒的运动速度分布和趋势最佳。通过田间试验得出,同种仿生棱纹方向结构设计下,棱纹间距为5 mm的F-1-1试样的耐磨性能最佳,相比传统犁铧试样磨损量减少17.25%。结论合理改变表面仿生棱纹方向与间距设计可显著提高犁铧耐磨性,为仿生技术在农业机械方向上的应用提供参考。

多孔含油聚酰亚胺润滑性能及其与氮化硅配副的摩擦磨损分析

目的探究多孔聚酰亚胺(PPI)对氮化硅(Si_(3)N_(4))陶瓷材料的减摩润滑效果及其自润滑机理。方法利用Retc球/盘摩擦磨损试验机在浸油和干摩擦条件下进行不同温度和载荷下的滑动摩擦磨损试验,通过泰勒粗糙度仪和3D激光共聚焦显微镜分析试样在不同润滑条件下的磨损机制与润滑机理。结果浸油条件下的摩擦因数及磨损率要明显低于干摩擦条件下的摩擦因数及磨损率,且在试验时间内PPI含油试样保持润滑持续稳定。在滑动摩擦过程中,PPI含油试样由于温度和压力作用,PPI孔隙内的润滑油逐渐向试样表面移动,形成润滑油膜,使摩擦因数处于一个持续较低的状态,对PPI试样起到良好的润滑和保护作用。随着温度和载荷的增加,润滑油黏度及出油量发生变化导致润滑油膜的质量也发生变化,使PPI在浸油条件下的摩擦因数呈现波动的趋势。结论适当的温度与载荷,有利于形成完整且稳定的润滑油膜,起到较好的润滑效果。因此,合理控制温度和载荷,可使PPI减摩润滑效果最佳,为其作为保持架材料在Si_(3)N_(4)全陶瓷轴承中润滑提供指导依据。

制动盘摩擦热-力耦合的ABAQUS二次开发与应用

【目的】开发能再现制动盘摩擦过程的数值模型,研究介观尺度下接触表面微凸体的变形机制、接触特性,优化盘式制动器的摩擦性能。【方法】基于热力学框架构建了弹塑性材料三维机械-热耦合的热传导模型,为摩擦热提供了一种新的热源施加方式,利用ABAQUS提供的用户材料子程序VUMAT二次开发平台编写了考虑不同摩擦因素(接触载荷和相对转动速度)的摩擦模型,并通过控制变量法设计了制动转速为48 rad/s、72 rad/s、96 rad/s和制动载荷为16 MPa、22 MPa、24 MPa、32 MPa的制动模拟工况,对制动盘高速干摩擦的热耗散进行模拟分析。【结果】摩擦热一部分来自界面的相对滑动,另一部分来自材料内部塑性形变,且随着接触载荷和相对转动速度的增加,产生的总摩擦热也增加。【结论】研究开发的数值摩擦子程序可以有效解决试验中物理量测量不方便的问题,节省试验成本,可为介观尺度的高速干摩擦热产生机理的研究提供新的思路。

考虑蠕变特性的橡胶微凸体与金属表面接触特性分析

金属-橡胶接触广泛存在于密封结构中,密封接触表面上微凸体间的相互作用会直接影响整个密封界面的接触特性,进而影响其密封性能。基于粗糙密封界面的单个微凸体,考虑橡胶的蠕变特性,采用理论分析和仿真研究相结合的方式研究橡胶微凸体与金属表面的接触特性。通过橡胶蠕变特性的实验结果,构建橡胶蠕变计算模型;构建半球微凸体与金属平板间的有限元模型,进行考虑蠕变特性的仿真,分析其接触特性,并与Hertz接触理论的计算值进行对比。结果表明:在蠕变阶段,接触半径、法向变形量和最大等效蠕变应变均随蠕变时间的增加而增大,最大接触压力随蠕变时间增大而减小,这均可能导致密封性能的下降;随压力载荷的增大,接触半径、法向变形量、最大接触压力和最大等效蠕变应变均增大,但增大的趋势逐渐减小;橡胶微凸体与金属表面间的等效模量随蠕变时间的增加而减小,随压力载荷增大而增大。

井底压力下牙轮钻头浮动套轴承性能分析

为了探究井底压力下215.9 mm牙轮钻头浮动套轴承的平衡转速比、摩擦学性能、油膜压力分布随内外间隙比的变化规律,修正了考虑浮动套轴承实际井下环境压力和牙轮钻头密封压差的Reynolds边界条件,利用MATLAB中的PDE Toolbox对浮动套轴承Reynolds方程进行数值求解,分析内外间隙比对浮动套轴承平衡转速比、油膜压力及摩擦因数的影响规律,结果表明:当环境压力为60 MPa、密封压差为20 MPa时,随内外间隙比增加,浮动套平衡转速比呈现先增大后减小的趋势;以轴承的摩擦因数和油膜压力作为综合评价指标,钻头浮动套轴承内外间隙比为2.0时,轴承的摩擦因数较小,油膜压力较高,其轴承综合性能较优;而当浮动套轴承内外间隙比为2.0时,随着环境压力的升高,浮动套轴承的摩擦扭矩和摩擦因数增加,从而加剧轴承的磨损。该研究为牙轮钻头浮动套轴承的结构参数优化及性能提升提供了基础理论支撑。