摩擦副表面毫米级织构的减摩特性研究

发布时间：2017-11-05 15:18

  本文关键词：摩擦副表面毫米级织构的减摩特性研究

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【摘要】：在机械领域,表面织构技术是现如今应用比较广泛的一种减少摩擦磨损的技术,与摩擦副材料的选择,润滑液的改善并为三大减摩减损方法。目前,表面织构技术在轴承上的研究和应用较多。传动螺旋副在机械设备的传动装置中起到了至关重要的作用,因此广泛的应用于机械制造行业。由于滑动螺旋副的摩擦系数大,会导致螺母两端的螺牙啮合面加速磨损,不仅严重影响传动精度,而且会导致螺牙发生疲劳破坏。因此,对于滑动螺旋副的减摩减损研究以提高其稳定性和使用寿命至关重要。本文基于表面织构的阶梯润滑理论、织构设计理论和摩擦磨损原理,结合FLUENT数值模拟和实验验证研究,着重研究了各种织构参数对摩擦副的摩擦磨损性能的影响。首先,将传动螺旋副简化为平面接触对模型,研究了在直线运动情况下,表面织构的减摩润滑效果。发现在织构均匀排布的情况下,当织构表面积的面积占有率Sp增大时,上壁面的无量纲平均压强值基本都增大。在同等织构面积占有率下,在所研究的织构参数范围内,平行于运动方向的长度越长(X=5d),其上壁面的无量纲平均压强值越大,也即可以使织构的流体动力润滑效果越好。对于相同面积率下不同织构形状的研究得出织构表面形状为3/4圆环道、3/4正方环道、三角形、五边形、V形和扇形的织构可以有更好的润滑效果,且织构的深度越小,润滑效果越好。对于有同一表面形状的织构,改变织构的尺寸参数也可改变织构的润滑效果,对于三角形织构,同等织构面积条件下,底小于高时的效果比底大于高时的效果好(当上壁面运动方向为从底到高时)。当织构为偏织构时,其润滑效果相对于非偏织构较好。对于人形槽,当两边的宽度和顶部的宽度确定时,人字形的夹角越大,润滑效果越好,在同等面积占有率下,人形槽两边的宽度越大则其润滑效果越好。其次,研究了平面旋转运动下表面织构的润滑情况。研究发现,对于平面旋转运动,在不同面积占有率S和织构深度h下,等腰三角形、直角三角形(直角近内环)、直角三角形(直角近外环)、V形、五边形织构相对于矩形、椭圆和圆形织构的流体动力润滑效果较好,这与平面直线运动下的结果一致,可知推出在平面直线运动下得出的相关结论同样适用于平面旋转运动。在平面旋转运动下,凹槽织构的研究中,螺旋槽、三角槽、直线槽织构相对于人形槽织构,其上壁面无量纲平均压强值较大,螺旋槽、三角槽和直线槽的流体动力润滑性能优于人形槽。不管是螺旋槽、三角槽还是人形槽,当其在压力入口处的宽度较大时,所得的上壁面无量纲压强值较大。在平面旋转运动下,凹槽织构所产生的上壁面无量纲平均压强值明显大于凹坑织构的。再次,通过环-环摩擦实验研究了各种织构在相同载荷和转速下的摩擦磨损情况。考察了各种织构形状和面积率下摩擦系数与磨损率的大小,验证了平面旋转运动下数值模拟的正确性与可行性,从而可推导出在FLUENT中进行的数值模拟对实际工况下表面织构技术的应用是有一定指导和参考意义的。最后,由平面延伸到螺杆螺母接触对的螺旋面。对于螺旋运动下凹坑的影响,在S=5%,初始膜厚h=0.0065mm时,在所研究的7种织构中,三角形织构和五边形织构相对于矩形织构、椭圆形织构和圆形织构有较好的动力润滑性能。而在同为三角形织构3种织构中,直角三角形(直角靠近内环)织构相对于等腰三角形织构和直角三角形(直角靠近外环)织构的动力润滑效果较好,即沿着运动方向直角在靠近内环处时能产生更好的流体动力润滑效果。以上规律与平面旋转运动下得出的数值模拟规律是一致的,因而可推知在平面旋转运动下得出的相关规律是适用于螺旋运动的。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH117.1

【参考文献】

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本文编号：1144755