非对称表面织构表征及动压润滑效应分析

目的 建立具有非对称表面织构的粗糙平面的表征方程,并分析方程参数对其形貌的影响,依托表征方程重建的织构平面研究非对称表面织构在动压润滑条件下的润滑特性。方法 根据非对称织构平面的加工过程,基于W-M函数重构粗糙表面,再叠加非对称织构形貌特征方程,实现不同尺寸非对称表面织构的数学表征,利用Matlab软件对方程中表面织构参数和粗糙表面参数对织构平面形貌的影响进行分析,并利用方程表征的织构平面建立动压润滑压力油膜的实体模型,对压力油膜进行CFD计算,分别得出正向非对称织构、对称织构、反向非对称织构中的压力分布规律和流线分布规律,实现非对称表面织构的动压润滑效应分析。结果 表征方程的各个参数中,尺度系数和分形维数主要影响粗糙表面轮廓高度的变化范围和变化频率,微观轮廓高度的变化范围随着尺度系数的减小以同样的倍率减小,微观轮廓高度变化随着分形维数的逐渐增大越来越剧烈,变化频率也越来越快,非对称度、织构深度等织构相关参数主要影响织构的形貌特征。润滑压力油膜CFD分析计算表明,正向非对称织构(k=2)的进出口压力差为1747 Pa,明显大于对称织构(k=1,387 Pa)和反向非对称织构(k=0.5,707 Pa),三者的流线分布云图表明,正向非对称织构内的回流效应更加剧烈,流线分布更加复杂。结论 所建立的非对称织构平面的表征方程可以清晰地描述其形貌特征,方程参数对形貌特征的影响机理明确,且构型合理的非对称织构在提高承载能力和改善润滑方面存在明显的优越性。

空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响

为研究油液中不同空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响,建立单个二维表面织构微凹坑计算模型,采用CFD数值模拟的方法,分别从不考虑空化效应和考虑空化效应两种情况分析计算油液中不同空气体积分数对动压力大小产生的影响。研究结果表明:油液中空气含量越低,微织构产生的动压力越大、动压润滑效应越明显;不考虑空化效应时油液中空气体积分数的大小只改变动压力的大小,不改变动压力的变化规律;考虑空化效应时,油液中空气体积分数的大小不仅改变动压力的大小,动压力曲线斜率也发生变化。在相同空气含量下考虑空化效应时微织构产生的动压力更大、润滑性能更好。

3D打印ABS材料表面长方形织构的摩擦学性能

为了研究丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)材料表面及织构的摩擦学性能,以线宽1.75 mm的ABS线材为基材,基于UM架构3D打印机,利用熔融沉积成型(FDM)技术制备光滑无织构ABS试样和表面具有长方形微凹坑织构的织构化ABS试样。对长方形织构表面和无织构光滑表面进行了模拟分析,采用多功能摩擦磨损试验机对织构化试样进行了富油摩擦试验,利用体式显微镜观察表面织构磨痕形貌,探究不同载荷(5,10,20 N)及不同转速(100,200,300 r/min)对织构化试样摩擦学性能的影响。有限元分析软件COMSOL分析表明,凹坑的存在使得油液内部产生空化现象,产生流体动压润滑效应,长方形织构使得其表面承载力比无织构提升了约2.54倍。摩擦试验结果证明,在不同载荷下,3种转速对织构化试样的摩擦系数影响趋势各不相同;在较低转速下,载荷较低的织构化试样摩擦系数较小,而在高转速下,采用适中的载荷可获得较低的摩擦系数。当转速为300 r/min、载荷为10 N时,织构化试样具有较好的减摩抗磨性能,平均摩擦系数低至0.022。与光滑无织构试样相比,织构化ABS试样具有较好的减摩抗磨效果。

织构化可控界面对汽轮机调节阀泄漏影响规律及机制

基于流体润滑理论,应用有限元法计算了汽轮机调节阀压力分布及泄漏量,分析了织构化可控界面对调节阀泄漏影响的规律,明确了织构化调节阀的作用机理,实现了界面调控。结果表明:所设计的亲水、疏水织构满足预期的润湿性能;微凹坑流体动压润滑效果较差,动压平衡织构具备动压楔形效应,存在明显的涡流,有效改善了阀杆阀套间隙动压润滑效应,但动压平衡织构增大了上下壁面的联通面积,不利于密封。织构的减漏率影响从大到小依次为:疏水织构、组合织构、亲水织构、动压平衡织构。当调节阀所受压力超过3.5 MPa时,减漏率变化变得平缓。动压效应、密封坝效应以及凹槽内涡流能量交换与能量耗散的协同,使得组合织构在提高阀杆稳定性及降低泄漏方面优于其他织构。

激光仿生微织构对改善滑动导轨摩擦特性的研究

金属与金属配副的滑动导轨具有刚度高、承载力强等优点,但该类型导轨存在摩擦系数大、响应速度慢的缺点,严重限制了该型导轨的使用范围。根据仿生学原理使用激光微织构技术在金属滑动导轨副表面加工出有序排列的微凹坑以改善导轨的摩擦学性能。通过Matlab仿真验证微凹坑造型对减少摩擦副摩擦力的作用,并在40Cr盘试样端面加工规则、有序排列的微凹坑,与HT200销试样配副,在Rtec摩擦磨损试验机上开展导轨的摩擦特性试验研究。仿真和实验结果表明,微凹坑不仅可以改善导轨的储油情况,还可以产生动压润滑效应,有效地降低金属配副滑动导轨的摩擦系数,实验中最大摩擦系数可降低72%。