高速角接触球轴承中的冲击滑动研究

高速角接触球轴承中,球与保持架的碰撞会导致球与滚道的冲击滑动,从而引起滚道划伤和轴承早期失效。为探究球与保持架的冲击碰撞导致的瞬时滑动,以某高速角接触球轴承为研究对象,通过对联合载荷下角接触球轴承的动力学仿真,分析了变速工况及保持架结构参数对球与保持架的冲击碰撞、球与滚道的冲击滑动以及零件磨损率的影响。结果发现,加减速及恒定转速下,球与保持架的运动呈现周期性变化;由于球进入和离开径向载荷区域时公转角速度的变化,球与保持架碰撞并导致球相对内、外圈滚道发生冲击滑动;为适应球公转角速度的变化,适当增大兜孔间隙,可以减小球与保持架兜孔碰撞力的大小和频率,从而减小球与滚道的冲击滑动以及保持架的磨损率。

全尺寸石油套管冲击滑动复合磨损试验机的研制

介绍了一种新型石油套管磨损试验机的工作原理和检测方法,该试验机能模拟存在钻井液介质润滑条件时钻杆接头外壁与套管内壁之间以恒定加载、脉动加载或冲击加载工况下的套管磨损状况。试验前钻杆接头试件被固定在一个可上下直线运动的滑动平台上,固定不动的套管试件有间隙地套住钻杆接头试件。试验时利用变频调速电机驱动钻杆接头试件旋转,同时由液压伺服系统推动滑动平台下行带动钻杆接头试件外壁挤压套管试件内壁实现恒定或脉动加载,或者由偏心轮机构驱动滑动平台先上行后下落来带动钻杆接头试件对套管内壁进行冲击。在数据采集方面该试验机综合利用多种传感检测技术、数据采集和软件处理方法实现了对试件的线性磨损量、接触载荷、摩擦因数和近摩擦表面温度等摩擦学参数的在线测试。初步试验结果表明可利用该试验机对套管磨损问题进行系统的试验研究,从而为深入研究套管磨损机制提供技术支持。

20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨损特性研究

采用L16(45)四水平正交表设计试验,利用自行研制的冲击滑动磨损试验装置研究20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨损特性,运用极差分析及多元线性回归处理试验数据,得到20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的平均磨损质量损失与各试验因素(冲击频率、冲击力和滑动速度)的回归方程,并通过扫描电子显微镜观察分析磨痕表面形貌.结果表明:试验因素对20CrNiMo钢平均磨损量的影响程度由大到小依次为冲击力>冲击频率>滑动速度;平均磨损质量损失随冲击力和冲击频率的增加而增大;20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨痕表面呈现片状剥落迹象,随着冲击力及冲击频率的增加,片状剥落趋向严重;磨损表层组织在冲击滑动耦合作用下发生较严重的塑性变形而从磨痕边缘挤出、剥落,导致材料流失.20CrNiMo钢在冲击滑动耦合作用下的磨损机制为剥层磨损.

钛合金TC4与铝青铜在冲击滑动耦合作用下的磨损特性

采用正交试验方法,利用冲击滑动磨损试验装置研究钛合金TC4与铝青铜在冲击滑动耦合作用下的磨损特性,运用极差分析处理试验数据,研究试验因素对冲击试件(铝青铜)平均磨损体积,回转试件(钛合金)平均磨损体积及两者比值的影响。结果表明:较硬的钛合金的磨损体积大于较软的铝青铜。对磨痕表面形貌分析表明,冲击频率增大,冲击试件(铝青铜)的磨损形式呈现由机械作用到黏着剥落的变化;回转试件(钛合金)磨痕表面呈片状剥落,随滑动速度的增加,片状剥落趋向严重;冲击试件与回转试件之间存在物质转移,主要为钛合金向铝青铜转移。

有限元分析冲击滑动接触下应力分布的新方法

为了研究冲击滑动接触下材料表层及次表层应力的分布状态,建立了冲击滑动耦合作用下的接触模型,利用虚拟接触载荷法离散载荷,简化了有限元模型中的接触搜索算法,提高了计算效率。计算结果表明,冲击滑动接触主要表现为剪切表面化和接触应力非对称化。

冲击滑动条件下MoS_2固体润滑薄膜的磨损

为了减少和避免滚动轴承保持架与套圈接触表面的冲击滑动磨损,Mo S2等固体润滑膜被广泛用于轴承保持架表面和套圈引导面的润滑改性。为研究冲击滑动条件下Mo S2固体润滑薄膜的摩擦磨损特性,在自制的冲击滑动磨损试验装置上,在干摩擦及油润滑条件下对9Cr18轴承钢表面制备的Mo S2固体润滑膜进行不同冲击频率、冲击力和滑动速度下的摩擦磨损试验。结果表明,Mo S2固体润滑膜的失效模式主要受润滑状态和冲击力的影响,随着冲击力及冲击频率的增加,Mo S2固体润滑膜表面摩擦力矩增大,且油润滑比干摩擦下摩擦力矩显著减小;黏结工艺加工的冲击试样表面失效以疲劳裂纹及剥落为主,喷涂工艺加工的回转试样则展现出稳定的表面磨损。

考虑瞬态冲击和弹性变形的滑动轴承特性与动力学响应

同时考虑瞬态冲击载荷和轴瓦的弹性变形,模拟了舰船在风浪拍击时推进轴支承滑动轴承的润滑特性与动力学响应,研究了聚四氟乙烯(PTFE)弹性金属塑料瓦滑动轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力和轴心轨迹随时间的变化情况。运用有限元法求解雷诺方程,将油膜力转化为轴瓦节点力计算了弹性变形;用欧拉法求解轴颈的动力学方程,计算了动态轴心轨迹。对比了刚性瓦与PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性,结果表明,轴瓦弹性变形对油膜厚度和油膜压力分布的影响不可忽略,并且轴瓦弹性变形可以提高滑动轴承的承载能力。对比分析了4个不同方向瞬态冲击载荷作用下PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性和轴颈的动态轴心轨迹,提出可通过改变轴承静载荷方向、减小瞬态冲击载荷方向与轴承偏心方向的夹角来增加最小油膜厚度,降低最大油膜压力,减小动态轴心轨迹的位移响应振幅,进而改善滑动轴承润滑状态,减小轴瓦的弹性变形量,提高轴承-转子系统的稳定性。

基于滑动冲击的弹性钢索三次冲击力学特性研究

针对采用固定冲击下计算的弹性钢索三次冲击应力作为峰值应力的局限性,提出了基于滑动冲击的弹性钢索三次冲击力学特性分析理论,推导并建立了分析计算和仿真模型,经与试验实测结果对比,验证了滑动冲击下计算的钢索三次冲击应力作为峰值应力更加合理,证明了提出的理论和分析计算模型正确可用。通过仿真模型开展了仿真分析,说明了不同冲击速度、冲击角度及摩擦系数与钢索三次冲击应力大小的关系。研究结果可为钢索冲击应力计算提供理论参考。

涂层锆合金冲击-滑动磨蚀损伤行为

磨损是核电厂燃料元件失效的主要形式之一。燃料棒与定位格架磨损可能导致包壳破损和裂变产物泄露,引起一回路剂量超标,影响核电厂安全运行。在实际工况中,流体湍流引起格架和燃料棒之间的相对运动,其界面发生的位移可能是往复滑动,间歇冲击或数个运动的组合,即冲击-滑动摩擦磨损。涂层锆合金是事故容错燃料最有应用潜质的候选包壳,其磨损研究尚不够系统和全面。采用新型可控能量冲击-滑动磨损试验机,研究冲击能量和循环次数对锆合金Cr涂层磨蚀损伤行为的影响,并且对试验后试样进行白光干涉仪、扫描电镜(SEM)及电子探针(EPMA)等的表征,阐述锆合金Cr涂层磨蚀损伤的行为规律。结果表明:试样磨损随着循环次数的增加而增大,但随着冲击能量的增大而减小;Cr涂层提高了界面的接触刚度和接触正压力值,并且减少了冲击过程中的接触时间,从而减小了包壳管材料的磨损。关注锆合金Cr涂层在低速高频模式下的耐磨损性能,可以为材料的工程应用提供试验数据。

考虑滑动过程内部崩解耗散的滑坡体运动模型

滑坡体运动模型是计算滑速、滑距及滑体动能等运动特征参数的基础,是滑坡致灾范围及致灾强度评估的关键技术,现有运动模型将滑体作为质点或刚性块体,没有考虑下滑过程中内部崩解摩擦耗散的能量,而实际滑坡中这部分能量对滑坡致灾强度指标有较大影响,为此,基于滑体下滑运动机理提出了一种考虑内部耗能的运动模型,该模型将滑体下滑运动抽象为变形体平面运动问题,并将滑体简化为内部变形受力服从滑体土直剪实验破坏后应力应变关系的质点黏壶系统,从而建立其运动学控制方程。还推导了黏阻力计算公式,与运动方程联立得出滑速、滑体动能、滑体重力势能、滑体内部耗能及滑距的计算公式。结合实际滑坡工程进行计算分析得出,该模型一定程度上反映了滑体运动过程中内部崩解摩擦耗能的规律,计算结果与离散单元模拟结果及模型试验规律相近,比传统的运动模型更贴近实际,且比数值模拟更简捷,为滑体运动模型理论研究和工程推广提供了一种新的途径。

基于微观分析的火炮挡弹装置磨损失效机理研究

针对PCrMo钢在火炮上应用较多但因零部件磨损失效造成系统故障不断的问题,利用现有摩擦磨损微观分析方法和技术,对在火炮射击及训练等特殊工况下,零部件磨损失效机理及规律进行研究.以挡弹装置中的挡弹板轴为研究对象,利用显微硬度计及扫描电镜对零件表面和剖面进行硬度测量与结构组织微观分析,结果表明零件表面磨损区域硬度明显高于未磨损区域,且磨损区域表层剖面硬度增大;依据表面形貌可将磨损区域划分为以剥落为主的初始磨损区、以切削为主的中间磨损区和磨损较轻的末端磨损区.零件磨损失效机理为以冲击滑动耦合磨损和磨粒磨损为主的磨损机制造成表面材料的损失累积与加工硬化.

铸造原位TiC_p/Fe复合材料耐磨性的研究

用冲击滑动磨料磨损试验机,研究了在中等冲击、高摩擦应力磨料磨损工况条件下,原位TiCp/Fe复合材料铸态和正火态的磨损机制。认为其机制主要是:凿削式磨粒磨损和疲劳磨损。另外,用高锰钢ZGMn13作为标准试样,比较了该复合材料铸态和正火态试样的耐磨性。结果表明:在试验条件下,正火TiCp/Fe复合材料的耐磨性是ZGMn13的1.09～1.56倍。

苛刻工况下的反常磨损失效行为

总结了几种在苛刻工况下的磨损量与摩擦副硬度成正比的反常磨损失效行为,分析了某涡喷发动机用主轴轴承的保持架与套圈的相对运动以及两者材料的机械性能,认为在高频冲击、高速滑动的耦合作用下,由于套圈的材料硬度高、塑性韧性差,容易产生微裂纹,同时润滑油在高温下对材料的化学作用加强,导致严重的反常磨损失效。