考虑弹流润滑效应的高速角接触球轴承刚度特性研究

高速角接触球轴承的刚度特性对航空发动机转子系统的动态特性有着重要影响。为获得油润滑条件下角接触球轴承刚度特性,需要考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。基于Jones拟静力学模型,建立了考虑弹流润滑影响的耦合滚动体/套圈接触刚度和油膜刚度的滚动轴承刚度计算模型。应用滚动轴承刚度计算模型分析了弹流润滑效应对角接触球轴承刚度的影响规律。研究结果表明:与不考虑弹流润滑效应的情况相比,考虑弹流润滑效应的角接触球轴承刚度有较明显的降低;较之轴承轴向刚度,轴承径向刚度对弹流润滑效应更为敏感;在考虑弹流润滑效应的情况下,润滑油动力黏度和黏压系数的增大均使得轴承刚度减小,黏温系数的增大仅使得轴承径向刚度增大,但对轴向刚度几乎没有影响;随着转子转速的升高,弹流润滑效应对轴承径向刚度的影响愈加明显,但对轴向刚度的影响逐渐弱化;随着轴向载荷的增加,弹流润滑效应对轴承刚度的影响缓慢增大;随着径向载荷的增加,弹流润滑效应对轴向刚度的影响缓慢减小,而对径向刚度的影响则几乎保持不变。

柴油机缸套表面织构协同润滑效应

为研究织构间协同润滑效应,基于平均Reynolds方程及微凸体接触方程,建立缸套表面织构混合润滑理论模型,模拟不同凹腔、沟槽织构布置方案的润滑性能.通过重点分析流体动力润滑及混合润滑区域的油膜压力分布来阐述织构间的协同润滑机理,由此对发动机单个工作循环的油膜厚度变化这一表象特征进行说明,并解释量纲为1的摩擦力及摩擦平均有效压力这两个摩擦性能指标的变化.研究表明:表面织构间存在的协同润滑效应能使润滑油从高压油膜区域向低压油膜区域流动,从而降低油膜压力峰值,增加瞬时油膜厚度,强化油膜承载能力;织构间协同润滑效应改善缸套-活塞环摩擦学性能,体现为在流体润滑区域降低油膜压力梯度,在混合润滑区域减少微凸体接触;与沟槽相比,凹腔更能发挥织构间协同润滑效应.

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。

考虑径向-止推润滑耦合效应的柴油机翻边轴承热弹流润滑特性研究

柴油机翻边轴承包含径向和止推两部分,其支撑曲轴以及阻止曲轴轴向窜动的功用主要通过这两部分的润滑承载来实现.为进一步研究翻边轴承润滑特性,改善其服役性能,本文中考虑翻边轴承径向与止推部分在公共边界上的耦合润滑效应,提出了耦合润滑过程中需满足的热连续性条件,构建了翻边轴承热弹流润滑分析模型,并据此探究了径向部分偏心率和止推部分几何油膜间隙对轴承润滑承载力与表面温度的影响规律.研究结果表明,翻边轴承热弹流润滑分析中,在考虑径向-止推两部分公共边界耦合润滑效应时有必要引入热连续性条件;随着径向部分偏心率增大,各部分的承载能力增加,轴承表面温度升高;随着止推部分几何油膜间隙减小,径向部分承载力有所降低,止推部分承载力显著升高,各部分表面温度均升高.

跑合与研磨表面的形貌及其润滑效应

研究了磨削加工、磨削表面经过跑合后和机械研磨后的表面形貌特征、固体接 触特性、润滑效应及摩擦特性。结果得出跑合和研磨不仅降低了表面粗糙度而且磨去了 表面轮廓上的尖峰使表面形貌分布发生偏斜，两者都对减少固体接触改善润滑性能及降 低摩擦有显著效果。对比分析还得出机械研磨与跑合有相似的作用，而研磨的作用更为 明显。

气动喷砂工艺对304不锈钢表面润湿效应的影响

针对仿生润湿性研究中喷砂工艺常作为获取粗糙表面方法被学者使用的现状,为喷砂处理基底表面提供数据基础,文中利用试验优化方法,分析不同参数下喷砂工艺对304不锈钢表面润湿性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(LSCM)和X射线衍射仪(XRD)分析喷砂表面的微观形态和化学成分,使用接触角测试仪(OCA)测试分析喷砂试样表面润湿特性。结果表明:在优化喷砂工艺参数下(砂粒尺寸180μm;喷砂压力0.6~0.65 MPa;喷砂时间1 min),能够在304不锈钢基底表面获得粗糙结构,使润湿性能由亲水性向疏水性发生转变,获得静态接触角达到120°,动态滞后角降至13.9°的特性。

渐开线重载齿轮传动非牛顿流体热弹流润滑分析

建立渐开线重载齿轮传动的非牛顿流体热弹流润滑模型,分别采用多重网格法、多重网格积分法、逐列扫描法计算齿面压力分布、油膜厚度和齿面温度,分析润滑油黏度和齿轮转速对重载齿轮传动接触疲劳寿命的综合影响。结果表明:在润滑油黏度和齿面综合速度乘积固定不变的前提下,同时改变其中任一量对轮齿接触应力没有影响。

聚合物刷水润滑条件下水膜厚度和摩擦学行为的相关性研究

利用表面引发原子转移自由基聚合技术(SI-ARTP)在钢球和玻璃盘摩擦副表面分别接枝亲水性聚合物刷-聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA),去离子水作为润滑剂,在球-盘式摩擦试验机和纳米级薄膜厚度测量装置上开展了其宏观摩擦学性能研究,探讨了流体动压效应介入下的聚合物刷水润滑机理.利用光干涉技术观察了低卷吸速度下(4 mm/s)接触区域水膜分布情况,发现滚道两侧水膜的形状由初始状态的圆形随着时间逐渐沿着卷吸方向分布,证实了聚合物刷通过不断捕获周围的水分子形成了1层稳定的水膜;通过控制卷吸速度从1 mm/s连续增加512 mm/s实现了润滑状态的转变,低卷吸速度时处于薄膜润滑状态,膜厚不依赖于速度且稳定在35 nm左右,接触区内有效水膜的建立归功于聚合物刷的水合效应;当速度大于32 mm/s时处于弹流润滑状态,膜厚的测量值高于等黏弹膜厚公式的预测值(2~12 nm)和水合效应促成的膜厚值(约35 nm)之和,这意味着在流体动压润滑作用下聚合物刷表现出了优异的润滑增强作用,是水合效应和流体动压效应协同作用的结果.

水润滑橡胶轴瓦/钢摩擦磨损机理的研究进展

综述了近 1 0年来国内外关于橡胶与钢之间磨损的研究进展 ,主要就橡胶对钢的磨损和钢对橡胶的磨损两部分展开 ,对它们摩擦磨损的影响因素、物理效应及化学机制进行了论述 ,并针对其研究现状及发展前景 。

碳纤维及石墨填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能研究

利用M 2 0 0型环 块摩擦磨损试验机对石墨 (Gr .)及碳纤维 (CF)填充聚四氟乙烯 (PTFE)复合材料的摩擦磨损性能进行了研究 ,探讨了石墨及碳纤维的协同润滑效应。认为碳纤维的加入大大提高了复合材料的承载能力 ,石墨的加入减小了碳纤维表面与对偶的摩擦系数 ,从而降低了碳纤维的脱落趋势 ,提高了复合材料的耐磨性。利用扫描电子显微镜 (SEM)对PTFE复合材料的摩擦面及对偶转移膜进行了观察。结果表明 ,本实验中 2 0 %的石墨和 10 %碳纤维填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能最好 ,且在高载荷下的摩擦磨损性能尤为突出 ,具有一定的应用价值。

激光织构化对316L不锈钢表面摩擦特性的影响

为降低316L不锈钢表面的摩擦阻力和磨损程度,采用纳秒激光器在316L不锈钢表面织构了3种不同密度的光栅结构;采用UMT-2摩擦磨损试验机考察了光滑表面与织构表面的摩擦特性;采用TOYOTA显微镜对光栅结构及磨痕形貌进行了观察;分析了织构化光栅结构摩擦特性变化的机理。实验结果表明:光栅结构比光滑表面的摩擦阻力变化更平稳,起到稳定摩擦阻力的作用;随着时间延长,光滑表面的摩擦阻力急剧增加,而光栅结构的摩擦阻力较小并保持不变;光栅结构织构越密集,摩擦阻力越小。

微孔和微光栅对316L不锈钢表面减摩性能的实验研究

采用纳秒激光器在316L不锈钢表面织构了微孔和微光栅阵列,采用UMT-2摩擦磨损试验机对其摩擦特性进行测试。结果表明,在相同载荷和滑动速度下,光滑表面的磨痕深而且宽,织构化表面的磨痕浅且窄。另外,织构化的表面比光滑表面的摩擦阻力变化稳定;微孔和微光栅阵列越密集,摩擦阻力越小。实验结论:微孔和微光栅能提高不锈钢表面的耐磨性,微孔的减摩效果优于微光栅结构。

硅基底复合自组装膜的制备及其微摩擦磨损性能研究

采用共吸附法,在硅基底表面制备3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)和十二烷基三甲氧基硅烷(WD-10)复合自组装膜.通过分子动力学模拟不同温度与混合分子在不同比例下的混合体系界面结合能;依据模拟结果,采用正交试验法设计试验方案制备9种不同条件下的自组装膜;采用原子力显微镜、接触角测定仪以及X射线光电子能谱仪对自组装膜的表面形貌、湿润性能和化学成分进行表征分析;利用微摩擦测试仪对自组装膜的微摩擦磨损性能进行性能测试.结果表明:混合分子成功组装到羟基化硅基底表面,并且当组装温度为25℃,组装时间为4 h,组装溶液的pH为6时,自组装膜的质量较好;制备的复合自组装膜由于引起了边界润滑效应,有效减小了试件表面的摩擦磨损,且两种混合分子比例为1:1时自组装膜的减摩特性最佳.

微光栅和微方柱织构对316L不锈钢减摩性能的影响

采用纳秒激光器在316 L不锈钢表面织构不同密度的光栅结构和方柱结构;采用UMT-2摩擦磨损试验机考察织构表面的摩擦特性;采用TOYOTA显微镜观察摩擦磨损前后织构的表面形貌;分析2种织构摩擦特性变化的机制。结果表明:光栅和方柱2种结构织构能起到降低和稳定摩擦阻力及稳定摩擦因数的作用;织构越密集,摩擦阻力越小。2种织构表面均能捕获硬质微粒、储存润滑油,在贫油的条件下能产生二次润滑效应;织构越密集,越有利于产生流体动压效应,从而提高承载能力。光栅结构减摩效果优于方柱结构。

高能球磨处理对碳质中间相结构及高温摩擦特性的影响

采用高能球磨法对煤焦油沥青碳质中间相进行了非平衡处理,利用X射线衍射和激光Raman光谱技术研究了中间相高能球磨前后的结构变化,并且使用SRV高温摩擦磨损试验机考察了碳质中间相的摩擦性能。结果表明:高能球磨处理导致中间相的结晶有序度下降,微晶石墨平面尺寸减小,表明高能球磨处理促使其向无定形结构转变。碳质中间相具有高温润滑效应,高能球磨处理能够在一定程度上促进碳质中间相发生摩擦机械诱发的石墨化转变,从而对碳质中间相的高温润滑效应有一定促进作用。

超深层碳酸盐岩裂缝面形态与摩擦因数研究

岩体裂缝面摩擦特性是影响裂缝地层井壁稳定性的重要因素。文中选取川西雷口坡组超深层碳酸盐岩井下岩心为研究对象,对充填、未充填天然裂缝面和抛光裂缝面摩擦因数进行测试,分析微凸体、充填物和钻井液浸泡对裂缝面摩擦因数的影响,建立了未充填裂缝面粗糙度与摩擦因数关系模型。结果表明:超深层碳酸盐岩充填裂缝面摩擦因数(0.307~0.391)要低于基质裂缝面(未充填裂缝面为0.520~0.550、抛光裂缝面为0.420~0.441);钻井液浸泡后摩擦因数降低,且裂缝面越光滑,摩擦因数下降幅度越大。分析认为:相对于白云石基质,方解石充填物矿物颗粒间黏着摩擦较弱,以及裂缝面形态更为平坦,是导致充填裂缝面摩擦因数较低的主要原因,而钻井液浸泡岩心裂缝面后产生的润滑效应也会导致摩擦因数降低。研究成果能够为超深层裂缝性碳酸盐岩地层井壁稳定性评价提供重要的实验参数支撑,为封堵防塌钻井液优化提供基础指导。

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。

土工合成材料界面剪切破坏机理和峰值强度分析

利用大型饱和直剪仪开展了光面土工膜(GMS)/土工布(GT)界面、糙面土工膜(GMX)/GT界面和GMX/土工膨润土衬垫(GCL)界面剪切试验,并对相似材料构成的不同界面之间的剪切强度特性进行了比较分析.结合试验现象和前人研究成果,阐述了GM,GT和GCL界面剪切的破坏机理和强度特征.GM/GT和GM/GCL界面剪切强度可以分解为界面摩擦、土工布纤维在GMX糙面凸点上的勾扯效应和膨润土对界面剪切的润滑效应三部分.根据已有的国内外相关试验结果,对土工合成材料界面峰值剪切强度各组成部分进行了定量统计分析.