不同滑滚比下轮轨材料损伤行为

在MMS-2A滚滑试验机上采用法向载荷120N(模拟轴重16t),转速500r/min,研究京沪高速铁路用钢轨U71MnK和车轮ER8配副在不同滑滚比下的材料损伤行为。利用SEM,EDX对不同滑滚比下的磨痕及剖面形貌和磨损表面元素进行分析。结果表明:不同滑滚比下摩擦因数变化趋势反映材料损伤的过程;轮轨材料的硬化程度随滑滚比增加而增加;不同滑滚比条件下的损伤机制不同:在近似滚动条件下,轮轨材料损伤较轻,主要为氧化磨损和局部剥落。随着滑滚比增加,轮轨材料损伤逐渐发展为疲劳磨损为主,并伴随氧化磨损和磨粒磨损,且磨粒磨损程度随滑滚比的增加而增加。

超大滑滚比热弹性流体动力润滑

求出了润滑副两表面反向运动 ,即滑滚比大于 2直至无限大的线接触热弹性流体动力润滑问题的完全数值解 ,揭示出这种润滑膜的几个特点 ,如表面的凹陷 ,随滑滚比的增加第二压力峰并入且逐渐增高压力主峰等 ,并讨论了温度

滑滚比对于线接触往复运动工况的影响

应用数值分析方法研究了滑滚比对于线接触往复运动工况下的热弹性流体动力润滑的影响。计算结果显示:滑滚比显著影响油膜的摩擦学性能,尤其是油膜中的温升。在冲程末端,由于温升很小,油膜厚度受滑滚比的影响也小。随卷吸速度的增加,温度随滑滚比的增加而增加,从而膜厚随之变薄。滑滚比的增加造成了油膜的波动部分的延迟。

超大滑滚比下角接触球轴承热弹性流体动力润滑分析

在滑滚比大于2的工况下,考虑了滑滚比对无保持架角接触球轴承热弹性流体动力润滑的影响,利用Ree-Eyring流体模型,使用多重网格法求解压力和膜厚,多重网格积分法分析弹性变形,逐列扫描技术求解温度场。结果表明:随着滑滚比的增大,压力峰和油膜凹陷朝接触区中心移动,且其值与油膜剪应力逐渐增大,油膜温升与流场波动呈先减小后增大的趋势;在零卷吸工况下,压力曲线两侧出现2个小的压力峰,但在较小滑滚比下不出现。

GCr15球-盘点接触摩擦副的滑滚摩擦磨损特性研究

选用GCr15钢盘和GCr15球作为摩擦副,在NGY-6纳米润滑膜测量仪上开展球-盘点接触摩擦副在润滑状态下的滑滚摩擦磨损实验,研究不同接触应力、钢球转速、滑滚比等参数对摩擦副的摩擦因数、磨损形貌的影响规律.结果表明:当接触应力和钢球转速一定时,摩擦因数随着滑滚比的增大而逐渐增加后达到稳定状态;当滑滚比一定时,摩擦因数随接触应力的增大而逐渐增大;当钢球转速低于300r/min时,摩擦因数随着钢球转速的增大而减小;当钢球转速高于300r/min、接触应力大于0.84GPa时,摩擦因数随着钢球转速的增大而呈增大趋势.Stribeck曲线表明:当滑滚比为0.01时,摩擦副处于流体动压润滑状态;当滑滚比为0.03时,润滑状态随Sommerfield参数的增加而从边界润滑过渡到混合润滑;当滑滚比分别为0.05、0.1、0.3、0.5时,润滑状态为边界润滑.滑滚比较小时,磨损机制以疲劳磨损为主,随着滑滚比的增大,磨损机制转变为磨粒磨损.

高速滑滚摩擦副非均等热分配模型研究

根据航空发动机轴承和齿轮等高速滑滚摩擦副的典型工况条件,建立润滑状态下高速重载滑滚摩擦副的非均等热分配模型。热分配系数定义为分配到线速度较高接触表面上的摩擦热量比例,并通过理论计算和试验对比进行确定。采用Crank-Nicolson隐式有限差分法对数学模型进行求解,通过调整热分配系数,使表面测温点的温度计算值接近典型试验的实测值,从而确定摩擦副两接触表面的热分配系数。利用该非均等热分配模型对高速重载油润滑下M50钢滑滚摩擦副两表面的温度进行计算,并与试验实测值进行对比。结果表明,该模型计算获得的表面温度与试验实测温度变化规律基本一致,证明所确定的热分配系数比较合理,可用于预测高速重载油润滑下M50钢高速滑滚摩擦副接触表面的温度。

滑滚比对钢/钢配副表面摩擦特性的影响

采用三点接触式摩擦机对钢/钢配副在不同滑滚比(SRR)以及边界润滑条件下的表面摩擦特性进行了研究,使用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对摩擦副表面不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征,并利用X射线电子光谱仪(XPS)对摩擦副表面进行了化学分析。结果表明:提高滑滚比可以减少摩擦副表面微点蚀的数量,磨损量也随之上升,而摩擦系数没有明显的变化。同时,XPS结果表明:随着滑滚比的提高,摩擦副表面所含氧化物含量上升,而润滑油膜随之变厚。因此,滑滚比影响摩擦副在边界润滑条件下的摩擦学性能不仅与摩擦系数和磨损量有关,也与其中的摩擦化学有紧密联系。

滑滚比对极压添加剂抗胶合能力的影响

在滚子试验机上,对硫磷型极压添加剂进行丁试验。试验结果表明,滑滚比与胶合极限应力近似成反比关系。而且,极压添加剂量越高,胶合承载能力越高。通常,极压添加剂的抗胶合作用依赖于金属表面形成的反应膜。从试件表面的显微照片上可以明显地看出,反应膜的覆盖率与滑滚比有关,随滑滚比增加,表面反应膜的覆盖率减少。

高速滑滚接触摩擦试验机的研制

针对航空航天领域高温、低温、交变温度、高速重载等导致的极端工况环境,及轴承、齿轮等典型部件接触区的工作特点,研制了用于模拟高速旋转部件的点接触,并且转速、载荷、温度、滑滚比等工况条件可变的高速滑滚接触摩擦试验机。介绍了试验机的构成和性能,并利用此试验机进行了摩擦副材料表面失效试验。试验表明,该试验机能够实现对苛刻工况的模拟,对材料极限试验过程进行实时监控和数据储存,且对试验参数反应灵敏。

表面波纹度对超大滑滚比条件下线接触热弹流润滑的影响

采用数值分析方法研究超大滑滚比(2.0≤S≤∞)条件下表面波纹度对线接触热弹流润滑(EHL)的影响。分析在不同滑滚比条件下的表面波纹度的变形情况,研究表面速度和载荷对零卷吸工况下的油膜厚度、压力和温度分布的影响。结果表明,在大滑滚比条件下下,表面波纹度的变形随滑滚比的增加而减小;油膜凹陷深度和压力峰高度随表面速度降低而增加外,温升随表面速度增加而增加。

润滑状态下球-盘点接触摩擦副的低速轻载滑滚特性研究

选用镀Cr膜的玻璃盘和GCr15球作为摩擦副，在NGY-6纳米润滑膜测量仪上开展球一盘点接触摩擦副在润滑状态下的低速轻载滑滚特性试验，研究不同接触应力、钢球转速、滑滚比等参数对摩擦副的摩擦系数及对应油膜厚度的影响规律．结果表明：当接触应力和钢球转速一定时，摩擦系数随滑滚比的增大逐渐增加后达到稳定状态，当滑滚比较大时，滑滚比的变化对油膜厚度几乎没有影响；当滑滚比一定时，摩擦系数随接触应力的增大逐渐增大，随钢球转速的增大逐渐减小，油膜厚度随接触应力的增大逐渐减小，随钢球转速的增大逐渐增大．摩擦副在弹流润滑状态下，摩擦系数的增加幅度随接触应力的变化较小，而在薄膜润滑状态下，其增加幅度变大．摩擦副在薄膜润滑状态下，当滑滚比在0．10～0．50变化时，摩擦系数和油膜厚度基本处于稳定状态．

滑滚比对Cu/Cu对滚配副载流摩擦性能的影响

滑滚比是影响滚动接触的重要因素,本工作在不同滑滚比条件下研究了纯铜滚动载流摩擦磨损性能。结果表明:随着滑滚比的增加,平稳后对滚配副的载流摩擦系数增大,接触电阻先降低后趋于稳定,表面磨痕宽度增加。作为对比,同等滑滚比下无电流时对滚配副的摩擦系数变化规律不变但数值更低。随着滑滚比的增加,载流摩擦副表面疲劳程度加剧,次表层塑性变形更明显,表面氧化程度随着材料疲劳剥落而降低。有、无电流的对比结果显示,电流促进表面疲劳和次表层塑性变形,可能与电阻热导致的材料弱化有关。总之,滑滚能够提升导电能力但会引起疲劳损伤,电流的介入也加剧了同等滑滚比下的材料损伤。如何控制滑滚比是未来滚动导电旋转关节设计的关键难题。

滑滚条件下定量润滑状态与润滑剂回填效应试验观察

采用球-盘点接触光干涉油膜与摩擦力测量装置观察了滑滚条件下接触区润滑状态与润滑剂回填效应.结果显示,在定量供油和恒定滑滚比下,不同供油量使接触区呈现出从边界润滑状态向弹流润滑状态的不同转化趋势,非接触回填机制是其诱因;在恒定卷吸速度下,随着滑滚比从负值向正值变化,入口距离减小、乏油宽度增加,接触区两表面润滑剂回填时间的差别是其主要原因;完全乏油条件下,接触回填机制对局部润滑油膜建立发挥明显作用.

不同滑滚比下溶聚丁苯橡胶/顺丁橡胶复合材料的磨损行为及其机理

采用机械共混法制备了溶聚丁苯橡胶(SSBR)/顺丁橡胶(BR)复合材料,考察了水存在时SSBR/BR复合材料在不同滑滚比条件下的磨损行为和磨损机理。结果表明,在水存在条件下,当滑滚比较低时,主要发生磨粒磨损;当滑滚比较高时,磨损机理主要为撕裂磨损。同时,随着滑滚比的增大,SSBR/BR复合材料的磨损体积逐渐减小,结合理论计算,分析原因主要是由于随着滑滚比的增大,水压差变大,真实接触面积减小,导致磨损体积减小。

不同滑滚比下润滑油膜流变特性试验观察与数值模拟

通过在原有的球-盘接触光干涉润滑油膜测量装置上增设摩擦力测量单元,实现了任意滑滚比下油膜厚度和摩擦系数的同步测量与润滑状态的直观识别.采用FVA3参考油,分析了不同滑滚比、速度和载荷下的摩擦系数变化规律,并结合油膜干涉图明确了润滑状态与热效应机制,推断出摩擦系数曲面在较低速工况存在混合润滑区域;通过采用基于恢复时间的流变模型对FVA3油品的流变润滑进行数值模拟,并与同等工况下的试验结果进行定量对比,两者取得了良好的吻合性,验证了试验测量的准确性和流变模型的适用性.

润滑油摩擦学性能对滑滚接触表面微点蚀影响机理

使用微点蚀试验机对两种商用润滑油在不同滑滚比和相对湿度条件下进行了测试,评估摩擦学性能与微点蚀程度之间的关系.微点蚀试验后,使用光学显微镜对滚子表面微点蚀程度进行了评估.结果表明,相对湿度或滑滚比的增加会导致较高的磨损,而摩擦系数变化没有统一趋势.滚子表面微点蚀程度受到摩擦和磨损的综合影响,并对磨损和微点蚀程度关系的两种机制进行了说明.这两种机制与应力(与摩擦系数相关)作用下形成的裂纹所导致的微点蚀扩展速度,以及磨损导致的微点蚀去除速度密切相关,将有助于评价滑滚接触中润滑剂的性能.

高速重载滑滚摩擦副表面损伤的力学特性

采用有限元法建立了M50钢滑滚摩擦副的弹塑性接触模型,在接触应力约为4.0GPa、线速度约为50m·s-1的高速重载工况下,分析了其等效应力、剪切应力场与表层塑性变形,研究了摩擦因数与相对滑动速度对M50钢滑滚摩擦副接触行为的影响,并对比了M50钢双滚子滑滚试验中的表层塑性变形。计算结果表明:M50钢摩擦副的最大接触应力和椭圆接触区长、短轴长度的有限元分析结果与Hertz理论计算结果的偏差分别为2.66%、0.26%、6.43%;当摩擦因数由0.1增加到0.5时,最大等效应力的位置由摩擦副次表层约0.5mm处逐渐向接触表面发展;摩擦副表面发生胶合失效时的摩擦因数大于0.3,接触表面最大等效应力大于1 700 MPa;胶合失效发生时,M50钢摩擦副的应力和塑性应变具有特定的方向性,表现在滑滚比分别为0.12、0.15条件下,接触点处线速度较高的表面最大等效应力分别达到2 847、2 689 MPa,产生较大的塑性应变,最大值分别达到0.062、0.061,而线速度较低的表面最大等效应力分别为2 269、2 101 MPa,产生的最大塑性变形相对较小,分别为0.040、0.039。

双半球胶囊机器人滑滚驱动机理

为实现双半球胶囊机器人的精准移位,胶囊必须具有慢速移位控制功能。然而,低转速的双半球胶囊慢速运动时,容易受到胃肠凸凹表面的干扰,胶囊姿态稳定性差,精准移位控制困难。为此,提出流体环境内胶囊滑滚驱动控制策略,即通过流体环境内胶囊的高速空转解决姿态稳定控制问题,并利用滑滚运动实现胶囊慢速精确移位。以低雷诺数流体理论和弹流润滑理论为基础,计算双半球胶囊在胃壁表面滑滚运动的流体力和力矩,建立滑滚驱动动力学模型,对胶囊滑滚速度特性进行分析。仿真及实验表明:低雷诺数流体环境下利用滑滚驱动策略实现双半球胶囊慢速稳定移位功能切实可行,滑滚速度可通过改变控制参数实现精确控制,显著提高了胶囊移位精度。研究为借助流体环境改善胶囊的动态性能提供了理论依据。

不同滑滚比条件下脂润滑膜剪切特性试验观察

采用新开发的球-盘点接触油膜装置,对不同滑滚比下的脂润滑膜摩擦系数和膜厚进行了同时测量.试验结果表明,脂润滑膜从富油润滑状态迅速衰减到乏油润滑状态,摩擦系数随着卷吸速度和滑滚比的增加呈现增加趋势.试验发现在较高卷吸速度下存在一个合理的滑滚比,使脂润滑膜在较长时间内具有较高的膜厚和较低的摩擦系数.分析了脂润滑膜演化过程中,富含稠化剂的高黏度润滑膜、残余膜和边界膜所发挥的主要作用.

微点蚀损伤的研究进展与展望

微点蚀是高应力滑滚接触副在润滑油膜不能充分建立的条件下由于表面粗糙度的塑性变形引发的1种表面起源型疲劳损伤现象,常见于硬齿面齿轮、滚动轴承等关键机械零部件中,严重影响运动部件传动精度、服役寿命及可靠性.本文中重点调研了微点蚀研究与润滑材料评价所用的试验方法、微点蚀的成因及其关键影响因素,总结了微点蚀形成所涉及的表面/次表面微裂纹萌生及可能的演化过程.从摩擦学角度给出了工程实践中抑制微点蚀的可行性措施,并对未来关于微点蚀的重点研究问题进行了展望.本文中对润滑界面微点蚀失效分析、表面合理润滑设计和润滑油品抗微点蚀的添加剂关键组分筛选与评定有一定指导意义.