考虑温度变化的复合织构轴承的摩擦学性能仿真

表面微织构化是改善轴承摩擦学性能重要手段之一,目前对于表面微织构的设计多以加工简单的单层形状为主,但在对轴承织构化试验和数值模拟研究中发现,单层微织构在减少摩擦磨损和降低能耗方面仍不够突出。基于圆筛藻壳的多层孔状结构,设计矩形-半球型双层复合微织构,并应用于水润滑轴承的高压区,采用热流固耦合的方法,探究在考虑进水温度变化的条件下、双层复合型织构的尺寸变化和轴承转速对水润滑轴承摩擦性能的影响。结果表明:对于任何进水温度,双层复合型织构轴承的减摩性能优于光滑轴承和单层织构轴承。复合织构尺寸效应对润滑水膜压力影响不稳定,但对摩擦因数的影响相对平稳。另外,在任何温度下,复合型织构轴承的转速越高,润滑水膜压力和摩擦因数越大。研究成果在改善水润滑轴承摩擦学性能方面有更进一步的突破,可为减小摩擦磨损及延长轴承使用寿命的相关研究提供借鉴。

具有复合型织构的水润滑轴承的摩擦学性能研究

目的提升水润滑轴承的摩擦学性能。方法采用流固耦合的方法,对具有该复合型织构的水润滑轴承进行研究,将拥有仿生硅藻的多孔结构(矩形-半球型复合型织构)应用在轴承的高压区位置。分析具有矩形-半球型的复合织构的水润滑轴承在不同载荷、织构宽度以及间距的作用下,其摩擦学特性的变化。结果通过与光滑轴承和单层织构轴承进行对比可知,随着载荷的增大,矩形-半球型复合型织构轴承的承载力随之增加,摩擦系数随之减小,并且有最大的轴承承载力和最小的摩擦系数。随着第一层及第二层织构宽度的增加,复合型织构轴承的承载力虽有复杂波动,但总体呈现上升趋势,摩擦系数呈现下降趋势。在间距较小时,复合型织构轴承的摩擦学性能更优,在间距一定的情况下,存在最优的织构个数,使得轴承的摩擦系数最小。结论具有矩形-半球型复合织构的水润滑轴承适合在重载条件下工作,织构尺寸较大时,能产生较好的摩擦学性能;在间距较小时,复合型织构的摩擦学性能较为优异,且存在最优的织构个数。

仿生硅藻结构圆周位置和间距对轴承润滑性能的影响

基于硅藻结构,在水润滑轴承表面设计矩形-半球型复合型织构,采用流固耦合的方法研究不同织构位置角度和织构间距下的复合型织构轴承的润滑性能,并与光滑轴承和单层织构轴承润滑性能进行对比。结果表明:复合型织构轴承的摩擦力和摩擦因数始终小于单层织构轴承和光滑轴承,且在织构位置角度超过22.5°~45°范围内的某一角度后,复合型织构轴承的最大水膜压力大于单层织构轴承;在不同间距条件下,随着织构位置角度的增大,复合型织构轴承最大水膜压力呈先增加后减小的趋势,摩擦因数呈现先减小后增加的趋势;在织构间距为5°且织构位置角度为45°时,复合型织构轴承的摩擦学特性最优。