静态接触中表面纹理对塑性变形界面微凸体平坦化的影响

试验研究了静态接触中表面纹理对塑性变形界面微凸体平坦化的影响。运用抛光技术制备了两种试件表面:单向纹理表面和各向同性表面。采用HDM-20端面摩擦试验机,分别在有、无润滑油条件下对试件进行了压缩试验。用JM-6200型光学显微镜观测试件表面形貌结构的变化;用Talysurf CCI Lite测量三维表面参数,并选取S_a、S_(al)、S_(tr)、S_(dr)和S_(dq)等参数来定量描述试件表面形貌结构的变化。结果表明,试件表面纹理对微凸体平坦化行为具有明显的影响,无润滑油时各向同性表面微凸体平坦化程度大于单向纹理表面,但有润滑油时刚好相反;表面纹理对微凸体平坦化的影响使得三维表面参数发生了规律性变化。基于机械流变模型的分析表明,封闭润滑油坑的出现导致了有润滑油时表面纹理影响微凸体平坦化行为。通过封闭润滑油坑特征的提取,验证了分析的正确性。

表面相互作用下表面形貌表征研究

研究了相互作用表面微观形貌三维功能参数表征问题,分析了相应的表征参数。这些表征表面功能特性的参数包括:实体接触面积比、开放空体面积比、封闭空体面积比。针对实际测量的表面,结合MATLAB数字图像处理详细给出了各参数的计算方法,并对不同结构的表面形貌进行了表征。结果表明:3种表面表征参数不仅能很好地鉴别粗糙度相近、结构不同的表面形貌,而且能够表征表面的功能特征。实体接触面积比可用于表示表面的支承性能,实体接触面积比大表明支承性能好;开放与封闭空体面积比同时给出表面承载能力和润滑性能信息。

粉末润滑界面的原位观察及润滑机制

将松散的石墨粉导入面接触的摩擦副间隙中,在轴向力和剪切力作用下形成减摩性能良好的粉末层。利用带有CCD数码相机的光学显微镜对试件表面进行动态观测,分析表面粗糙度、载荷、滑移速率、粉末量对粉末层的破坏形式、破坏过程的影响,采用图像分割技术计算真实接触面积比。结果表明:粉末层的破坏形式包括完整、局部区域破坏、局部破坏区域扩散、粉末黏附、完全破坏5个阶段;黏附阶段存在的必要条件为重载、试件表面具有一定粗糙度,粉末量、滑移速率的增大使黏附加剧。

点接触阿基米德蜗杆传动啮合分析

本文通过理论分析阐明了点接触阿基米德蜗杆传动啮合参数的确定以及实际传动比和接触区分析的方法。

膜厚对粉末润滑层特性影响的试验研究

采用真实接触面积比定量表征粉末层的破坏过程,通过模型研究不同膜厚的粉末层承载和摩擦力分布情况。当膜厚值较小时,承载较小且承载峰值较低,承载不均匀,容易导致载荷集中,粉末层局部破坏严重,真实接触面积比较迅速下降。当膜厚值较大时,承载较大且承载峰值较多,承载均匀,粉末层破坏不严重,润滑效果好。膜厚值大则剪切力较大,粉末层局部被破坏,上下试件之间发生相对滑移,且剪切力较大的粉末层迅速被破坏,粉末层局部破坏扩散较快,真实接触面积比快速下降。

粉末润滑原位观察试验机设计

为了更可靠地观察试件磨损过程,进行了粉末润滑原位观察试验机设计研究。应用该试验机,使整个摩擦过程实时动态可见。其中,下试件(玻璃)作往复运动,玻璃上有均匀分布的石墨粉末,玻璃与石墨、上试件之间接触副是面接触,通过增减砝码的数量来改变外载荷大小。设计中,将试验平台简化为外伸梁,包括悬臂梁和简支梁两部分。基于Matlab软件分析试验平台的稳定性,从而保证试验台左右移动时的稳定性,防止产生振动,提高图像的质量。应用Matlab软件对采集的图像进行滤波、调整亮度、灰度及二值化等处理,运用阈值分割迭代法得到二值化图像的实际接触面积比。

光学原位观测不同粉末层厚度的润滑层宏微观特性及分析

采用直线往复式原位观察试验机,分析30个行程中粉末层厚度对界面磨损状况、摩擦特性和真实接触面积比的影响。对试验后表面进行电子显微镜观察、能谱元素含量及三维轮廓分析,获得粉末层厚度影响摩擦特性的现象和机制。研究得出以下结论:粉末层厚度为1.5μm时,试件表面粉末层覆盖较薄,试件部分区域微凸体初始裸露,未形成较好粉末润滑膜,主要承载为微凸体接触承载,出现严重磨痕,初始真实接触面积比为11.17%,最终降低到20.14%;4.5μm时粉末层完全覆盖区域形成较好润滑膜,最终润滑膜完全剥落,平整性和承载降低;6μm时粉末层完全覆盖接触区域,形成完整润滑膜,平整性较好,基本为粉末层承载且无划痕,承载先增大到6 N后减小到2 N,微凸体承载2 N占总承载的33%,而粉末层摩擦力占比大于70%,真实接触面积比保持在60%以上。表明粉末层厚度为6μm时,粉末平整性好且碳元素含量高,接触充分、润滑效果良好。