弧齿锥齿轮热摩擦学行为研究的几个方面

论述了弧齿锥齿轮热摩擦学行为研究中涉及的四方面重要内容（热接触分析、传 热计算、温度场分析及热变形等），提出了分析方法，建立了各分析模型，为弧齿锥齿 轮热分析计算提供了理论依据。

热摩擦加工切削工具的改进

平面磨床的磁性工作台只能夹紧磁化材料零件, 而由耐蚀钢或 有色金属作的 零件因不具有 磁性,故不能 磨削。如采用 带T型槽的 辅助工作台借 助于弓形夹或压板来固定零件(铣床模式),由于多次夹紧会引起基准的改变。

PLC和直流控制器在热摩擦锯控制系统中的应用

论述了用PLC和6RA24—87直流控制器对抚特钢方扁钢精轧分厂热摩擦锯的控制及应用过程。经过几年的生产运行证明：该控制系统运行安全可靠,控制精度较高。从而大大减少了设备热停和维护量。为企业带来了较好的经济效益和社会效益。

燃油介质作动器往复密封摩擦热效应及磨损特性分析

发动机矢量推力作动器采用燃油作为传动介质,燃油的低黏度将使作动器密封接触面处于不良润滑条件,密封件摩擦磨损问题突出。针对燃油介质作动器不同压力、作动速度及油液温度的工作环境,建立往复密封热弹流混合润滑数值仿真模型,分析往复密封接触面摩擦热效应对油膜行为的影响,确定热分析边界条件,计算密封系统的瞬态温度分布。根据热分析结果,对油液黏度及密封区域内的油膜厚度进行修正,考虑密封件润滑条件探究摩擦热效应对密封性能与磨损特性的作用机理,分析不同工况条件对油膜厚度、摩擦力和磨损深度分布的影响,为设计高性能航空密封件奠定理论基础。

考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温度场分析

高速电主轴角接触球轴承内部的摩擦会使轴承温度升高,进而影响主轴的使用性能。为精确分析高速角接触球轴承的温度场,提出了一种考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的轴承温度场分析方法。首先建立考虑差动滑动、自旋滑动、载荷以及润滑油黏性引起的摩擦的总摩擦生热量计算模型和热诱导载荷计算模型,然后分析两者之间的交互影响,最终基于有限元分析软件得到轴承稳态温度场,结果表明:稳态时轴承最高温度在球与内圈接触区域,球与外圈的接触区域温度较低;考虑热诱导载荷时差动滑动、自旋滑动以及载荷引起的摩擦生热量大于未考虑热诱导载荷,润滑油黏性引起的摩擦生热量无变化;考虑热诱导载荷时球与内圈的接触力及温升大于未考虑热诱导载荷。

转速对厚板铝/镁异种材料搅拌摩擦焊摩擦产热及界面组织的影响

通过改变搅拌头转速对20 mm厚的铝/镁异种材料进行搅拌摩擦焊,利用K型热电偶测温、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、电子探针(EPMA)等测试方法,研究了搅拌头转速对摩擦产热、焊缝成形及界面组织的影响规律。结果表明,在同一转速下,板厚方向上存在温度梯度,自上而下温度逐渐降低,铝侧界面上下温差高于镁侧界面;同一厚度上相对称的两点,铝侧界面的峰值温度高于镁侧界面。随着转速的增加,摩擦产热增多,但是增幅显著减小。焊缝成形随着转速的增加逐渐变差;在转速为375 r/min时,接头镁侧界面上部存在12μm厚的连续带状Al_(3)Mg_(2)层和74μm厚的Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶层,中部IMCs层和共晶层厚度较上部减小,下部只存在Al_(3)Mg_(2)和Al_(12)Mg_(17)IMCs层,并未发现共晶层。随着转速增加,镁侧界面处的IMCs层与共晶层的厚度显著增加,接头断裂发生在镁侧界面的Al3Mg2层和铝合金带之间。

燃料泵柱塞油膜摩擦生热CFD仿真分析

对水下燃气涡轮机动力系统燃料泵柱塞油膜摩擦生热问题,结合流体力学动网格和滑移网格方法,根据柱塞运动方程进行用户自定义函数编程,考虑油液的粘温特性建立燃料泵柱塞油膜仿真计算模型,并给出了柱塞油膜摩擦生热建模分析方法。根据所提出分析方法对柱塞油膜摩擦生热进行了仿真分析,研究了出口压力、壁面温度及转速等参数对油膜摩擦生热引起温度变化的影响规律。获得如下结论:入口压力为0.5 MPa时,出口压力的变化对油膜温度上升影响较小,且油膜顶部位置温度上升量最大,在转速为2250 r/min工况下温度上升量可达4 K左右;2)在300~373 K范围内,壁面温度每上升20 K,油膜顶部温度上升量降低约50%,且373 K时油膜顶部温度上升量仅为300 K时的9.2%;3)油膜温度上升量与转速近似呈线性关系。

摩擦热和夹杂对高速微型球轴承接触亚表面裂纹萌生的影响

为探究高速工况下微型球轴承摩擦生热和材料夹杂对接触亚表面裂纹萌生的影响,基于赫兹接触理论与内聚力单元的本构关系建立了微观接触数值计算模型,设置具有热力耦合的自由单元,引入摩擦热和夹杂,研究在联合载荷作用下温升和夹杂对接触亚表面裂纹萌生的影响。结果表明:夹杂与温升均会促进裂纹的萌生且材料较硬的夹杂更易萌生裂纹;夹杂边界出现应力集中,摩擦生热使夹杂边界更易形成裂纹且裂纹大多在夹杂的左右两端。通过轴承温升的宏观试验结果与微观仿真结果对比验证了模型的正确性。

沙粒介入高速列车制动界面对摩擦块摩擦磨损行为的影响

针对沙区铁路的列车制动摩擦磨损问题,基于自主研制的高速列车制动摩擦磨损试验台,开展了戈壁沙、沙漠沙介入制动界面后影响摩擦块摩擦磨损行为的试验研究.重点探究了2种不同沙粒介入制动界面后摩擦块表面摩擦磨损特性的演变过程及其差异,结果表明:戈壁沙、沙漠沙的介入,都会破坏摩擦块表面的原始磨屑堆积层,进而改变界面接触状态及磨损特性.戈壁沙介入后的摩擦块表面不易形成稳定的摩擦层,且显露出更多的石墨成分,降低了界面摩擦系数及平均温度.而沙漠沙介入后,由于其粒径相对较小,在摩擦块表面堆积了更多的沙粒,形成了沙粒磨屑混合堆积层,这种堆积层增大了界面摩擦系数和平均温度,并对摩擦块基体材料造成严重损伤.

基于ANSYS Workbench的角接触球轴承摩擦热仿真研究

为探究角接触球轴承的生热和机械性能对其工作精度和使用寿命的影响,课题组基于Palmgren摩擦生热理论,建立了轴承热-结构耦合模型;利用ANSYS Workbench有限元仿真软件分析了不同转速和载荷对轴承温升的影响,求解出轴承零件的温度分布;将仿真结果与实验结果的变化趋势进行比较,验证理论模型的正确性,最后得到轴承的热特性规律。结果表明:随着内圈转速的加快和轴向载荷的增大,各部件的温度都会升高,其中滚珠的温度升高幅度最大;且转速对生热量和温升的影响更显著。该研究结果可为轴承结构的热优化设计提供参考。

高速远程滑坡摩擦生热减阻机理研究现状及展望

高速远程滑坡基底层与其下伏层之间存在复杂多变的摩擦生热过程和作用,由此将产生一系列摩擦生热现象及其高速远程滑坡运动的减阻机理。这是国内外最近几十年来滑坡动力学研究领域广泛关注的重要科学问题。本文对滑坡摩擦生热减阻机理研究的发展历程与研究现状进行了述评。首先,回顾了高速远程滑坡摩擦生热现象的研究历史,重点介绍了滑坡摩擦岩术语的由来与发展历程;其次,根据摩擦生热减阻产物及过程,基于最新报道的全球典型实例,分别介绍了热熔融、热孔压、热分解与热润滑4类滑坡减阻机理的研究现状;第三,提出了下一步研究应重点关注的关键科学问题,亦即:在野外进一步发现和准确鉴定滑坡摩擦生热减阻的地质证据,在室内强化摩擦生热相关参数的定量化动态实时监测与表征,并进行多过程多场耦合的摩擦生热减阻机理研究;最后,本文对高速远程滑坡摩擦生热减阻机理的发展趋势进行了讨论与展望。

脉冲大电流直线驱动装置电-磁-热-结构多场耦合的局域建模方法

脉冲大电流直线驱动装置运行过程中产生的极端工况导致多种损伤形式.为了研究多场耦合过程并分析多物理参量作用机理,建立了动态下的电磁场、温度场、结构场数学物理模型.利用轨道反向运动及接触远端物理量渐进平移不变的特性进行局域求解.模型还考虑了材料属性温度依赖性,热应力,接触面摩擦热等实际因素.各个物理场采用同一套网格体系,电磁场以及温度场的有限元离散格式采用欧拉向后差分形式求解,结构场则采用Newmark法进行求解,完成多场耦合下的数值模拟.通过与数值工具EMAP3D、Comsolol在相同模型和输入条件下的计算结果以及相关实验比较,验证了该模型的可靠性.本文采用一种C型电枢进行案例计算,得到了多参量的典型演化过程,并对速度趋肤效应下的场分布进行了讨论.

V形兜孔圆柱滚子轴承摩擦生热特性分析

针对V形兜孔圆柱滚子轴承的兜孔几何参数影响轴承摩擦生热特性的问题,研究了不同V形兜孔壁面倾斜角度对轴承摩擦生热特性的影响规律。首先,基于多体动力学理论、摩擦学原理,建立了轴承动力学模型、摩擦功耗模型;然后,分析了V形兜孔不同几何参数对兜孔摩擦生热的影响,并利用正交试验法优化了V形兜孔几何参数;最后,基于优化后的V形兜孔,分析了轴承各部件间的摩擦生热特性。研究结果表明:V形兜孔几何参数对兜孔摩擦生热影响显著,工况相同时,不同壁倾角组合下兜孔摩擦功耗的最大差值达到了736.2 W,当兜孔壁倾角α=40°、β=50°时可有效降低兜孔摩擦生热;此外,兜孔摩擦生热随转速增加而持续升高,但径向载荷的增加使得兜孔摩擦生热逐渐趋于稳定;与普通圆弧兜孔轴承相比,不同工况下,优化轴承兜孔摩擦生热及总摩擦生热均低于普通轴承,且优化轴承滚子与兜孔间的接触力也低于普通轴承。

基于流固热多场耦合的高速旋转唇形密封性能研究

针对一种橡胶材料高速旋转唇形密封,结合其自身结构及应用工况,通过方程离散化计算等方法,建立定量分析密封系统密封性能的数值仿真模型。基于所建立的模型对密封实际服役状态下界面流体力学、宏观固体力学、表面粗糙峰微观接触力学、唇口摩擦生热等多物理过程之间的耦合关系进行分析,借助实验验证并完善数值仿真模型的准确性。通过所建立的数值仿真分析模型研究油封唇口接触压力分布、唇口温度、摩擦力矩及泄漏率等衡量密封性能的关键参数随转速的变化规律。结果表明:在高转速条件下考虑摩擦生热时油封径向力减小,接触宽度增加,摩擦力矩减小,说明摩擦热对油封密封性能产生较大影响。

激光织构形状间距对单晶硅摩擦磨损特性的影响

目的提高单晶硅的减摩耐磨性能。方法利用紫外激光在单晶硅试样表面刻蚀不同形状,间距为0.1、0.2、0.3 mm,宽度为0.2 mm的织构。基于MRTR-1摩擦磨损实验机,研究干摩擦条件下织构参数对单晶硅摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅表面织构的微观形貌和磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量,并计算磨损率,通过Ansys有限元软件模拟仿真试样表面应力和摩擦生热的温度分布。结果与无织构相比,刻蚀表面织构均能不同程度地降低试样的磨损率,磨损率从0.012 mm^(3)/(N·m)降至0.008 mm^(3)/(N·m);部分表面织构试样的摩擦因数下降,低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。仿真结果表明,织构试样的平均等效应力均大于无织构试样,在单晶硅试样表面加工织构会影响其表面整体性,容易出现应力集中现象;织构试样表面高于环境温度的区域面积小于无织构试样,且试样表面的最高温度与摩擦因数呈正相关。结论在单晶硅表面加工织构,可以有效提高试样的耐磨性能,合适的织构参数还能够降低摩擦因数。通过加工表面织构,一方面可以影响试样的整体性,另一方面能够改善试样的散热性能。

结构参数影响的角接触球轴承接触特性及生热分析

为了预测不同工况下主轴轴承的生热量,课题组基于轴承准静态模型和局部法生热模型,提出了一种考虑结构参数影响下的角接触球轴承生热量预测方法。依据Jones滚道控制理论,确定了轴承接触角和接触载荷参数求解方法;采用Newton-Raphson迭代算法,计算了变转速、变外部载荷和变结构参数影响下的角接触球轴承接触参数和生热量。仿真预测结果表明结构参数对轴承接触参数和生热量影响比较显著。利用结构参数的影响规律,为复杂工况下的轴承设计优化和热优化提供了参考。

摩擦热对Ti6Al4V合金摩擦磨损性能的影响

在高速销-盘式摩擦磨损试验机上考察了Ti6A l4V销与GCr15钢盘摩擦副的干滑动摩擦磨损行为,并在线测量了销试样的摩擦接触温度,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及透射电子显微镜分别对Ti6A l4V摩擦表面和次表层的微观形貌、组织成分、相结构进行研究.结果表明:Ti6A l4V的β相变点温度接近其摩擦系数和磨损率的转折温度;随着摩擦表面温度升高,在Ti6A l4V表面依次形成TiO、TiO2和V2O3;温度骤变促使Ti6A l4V表层析出纳米颗粒,高的摩擦温度使空气中的氮渗入表层而形成VN.上述结果共同对Ti6A l4V/GCr15摩擦副的摩擦磨损行为产生影响.

生物质冷压成型模具摩擦热分析

为了揭示生物质成型过程中摩擦热引起的温度变化规律以指导生物质成型机的设计,根据生物质冷压成型特点和传热学原理,引入平均压力和当量速度等,建立生物质成型模具的摩擦热分析模型,对成型过程摩擦热进行数值模拟试验。结果表明,试验结果和模拟结果基本吻合,冷压成型摩擦热引起的温度变化为:成型模具内表面温度在工作运转60 min后达到木质素软化温度,成型制品质量有所提高,240 min后温度趋于稳定,最终温度在115～125℃;通过控制原料、模具材料、模具结构、生产率等因素,可缩短成型达到木质素软化点所需时间,提高成型质量。

高速干滑动条件下钢/铜摩擦副摩擦磨损表面摩擦热规律研究

利用MMS-1G高温高速销-盘摩擦磨损试验机,以钢/铜摩擦副为研究对象,进行摩擦磨损试验,使用热电偶对摩擦表层进行测温,应用JSM-5610LV型扫描电子显微镜对摩擦表面进行观察,研究在高速干摩擦条件下摩擦热的影响因素及对表面磨损机制的影响。结果表明:摩擦表面的温度随着速度、载荷的增加而增加;在摩擦初期摩擦温度显著增加,摩擦因数快速下降,当达到某一数值后形成一个动态的平衡;随着摩擦温度的升高,磨损机制发生转变,由粘着磨损转变为磨粒磨损和粘着磨损共同作用。

摩擦热对UHMWPE/钢摩擦副摩擦性能的影响

通过控制销盘试验中的散热条件测定了摩擦热对UHMW PE/钢摩擦副摩擦性能的影响;利用统计学相关系数理论对摩擦系数和表层温度的相关性进行定量比较,发现不良散热条件使其相关系数显著增大;根据T ay lor Hobson轮廓仪测量试样表面形貌三维初始表面高度,尝试用元胞自动机方法进行了摩擦表面温度分布模拟计算,并结合磨损表面形貌分析探讨摩擦热对UHMW PE磨损机理的影响.结果表明:摩擦系统的热传导条件严重影响UHMW PE的摩擦性能;摩擦热效应使得局部接触表面温度超过熔点,摩擦热的积累效应使UHMW PE的磨损机理由粘着磨损变为熔融剪切磨损;在聚合物材料的摩擦试验及应用研究中必须考虑摩擦热的影响.