表面织构对微型轴向柱塞泵滑靴副摩擦学性能的影响研究

为减小微型轴向柱塞泵滑靴副的摩擦因数并提高油膜润滑性能,在滑靴底部设计椭圆微织构,建立滑靴副几何模型,并采取流场仿真对滑靴底部的油膜压力场以及剪切场进行求解分析,发现采取微织构能够减小滑靴底部的摩擦因数。为了进一步增强动压效应的作用,提升支承力并减小摩擦因数,通过Design-Expert响应面分析设计实验水平表进行计算分析,以泄漏量最小、支承力最大及摩擦因数最小为目标函数建立数学模型,最终得到微织构的优化尺寸。优化后滑靴副的油膜润滑性能得到提高,优化后的参数可作为柱塞泵结构优化的依据。

椭圆微织构结构参数对气膜浮环密封性能的影响

目的提高以气体作为润滑介质的织构化浮环密封的密封性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法基于气体润滑理论,建立了表征织构化密封环间隙气体流动状态的物理方程,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,以气膜浮升力最大和泄漏率最小为优选目标,分析特定工况条件下椭圆微织构孔结构参数对密封性能的影响规律,获得密封性能优良的结构参数的优选范围。结果随着转速和压力的提高均可增强动压效应,提高气膜浮升力。泄漏率随着压力的增加显著升高,但随着转速的提高缓慢下降。椭圆微织构孔几何结构参数对浮环密封气膜浮升力数值的影响因素主次顺序为:面积率>形状比>织构深度>旋转倾角。对密封装置的泄漏率数值的影响因素主次顺序为:织构深度>形状比>面积率>旋转倾角。在转速和压力分析范围内,浮环密封的润滑与密封性能受轴套表面织构几何参数的影响,推荐优先选择的椭圆织构结构参数为:形状比γ=3∶1,面积率Sp=11%,旋转倾角β=0°和织构深度ht=1μm,以获得良好的密封性能。结论微织构的存在可以改善浮环密封的密封性能,选择合适的表面织构参数能起到减摩润滑的效果。研究结果可为气膜浮环密封的加工制造提供理论参考。

特形微织构多油楔滑动轴承特性分析及优化

为深度挖掘微织构对提高多油楔滑动轴承多项性能的潜力,以某三油楔径向滑动轴承为研究原型,利用CFD方法对其承载压强、摩擦因数、温度进行仿真分析;依据原型轴承设计椭圆开口偏置类抛物线微织构(elliptic opening offset parabola micro texture,EOOPT)三油楔滑动轴承;采用响应面法分析EOOPT参数对轴承特性的影响规律,建立相应二次回归方程;对EOOPT进行多目标参数优化,得到最优EOOPT参数。结果表明:EOOPT参数对轴承平均承载压强和摩擦因数影响的大小顺序均为:短半轴>长半轴>深度>偏置量>织构均布角;而对平均温度影响的大小顺序为:深度>长半轴>织构均布角>偏置量>短半轴;与原型轴承相比,最优参数微织构轴承的平均承载压强提高13.7%,而摩擦因数和平均温度分别降低13.8%和8.3%。

唇形密封轴表面椭圆形微织构的泵吸率分析

利用流体动压润滑理论建立了密封唇口稳态润滑的理论模型,采用有限元法求解雷诺方程,计算了唇形密封泵吸率,数值分析了椭圆形微凹坑和微凸体织构的结构参数以及转轴速度对泵吸率的影响规律.结果表明:在相同条件下,椭圆形微凸体织构产生的泵吸率高于微凹坑;两种微织构的泵吸率均随着方向角度的增加呈先增大后减少的非线性变化规律,且当方向角度为45°时具有最大值;两种微织构的泵吸率均随面积比、形状比和转轴速度的增加而增大;随着深径比的增加,椭圆微凹坑的泵吸率呈先增大后减小的变化趋势,而椭圆微凸体的泵吸率则一直呈增大的趋势.

椭圆形织构摩擦片在核电站安全制动器中作用机理的数值研究

核电站安全制动器基于高精度、高可靠性设计,而摩擦片是安全制动器功能执行的核心零件,其摩擦性能影响核电站设备的安全性和经济性.本文作者将椭圆织构应用于安全制动器的摩擦片中,通过数值方法研究了椭圆织构摩擦片在电磁制动器中的作用机理;建立椭圆织构摩擦片分析模型,同时利用有限元法求解摩擦片端面的压力分布情况,并研究了椭圆倾斜角、长细比、织构深度和摩擦面间隙变化对压力分布的影响规律.结果表明:增加椭圆织构的长细比可以有效地降低摩擦面的磨损;椭圆织构倾斜角为45°时,气膜承载力最大,可以有效降低摩擦面的磨损;椭圆织构太深或太浅均会增加摩擦面的磨损,当深度为1μm时,可以起到很好的减磨效果;椭圆织构产生较大的气膜承载力从而增大间隙,但气膜承载力随摩擦片间隙增加而减小,因而使摩擦片间隙固定在一定范围,既减少了磨损又保证了设备的稳定运行.本文中涉及的数值研究为完善电磁制动器中的椭圆织构摩擦片设计提供解决方法,后续在产品样机中应用并通过了寿命试验验证.