混合润滑状态下织构化表面摩擦特性的数值计算与试验研究

发布时间：2020-05-25 13:23

【摘要】：摩擦磨损严重降低了能源的利用率,表面织构技术作为可行的改善摩擦学性能的技术,在交通运输、机械制造、航空航天产业等领域具有重要的应用价值。混合润滑状态下,摩擦副界面由粗糙峰直接接触和润滑油膜承载两部分共同组成,合适的微织构存在可以带来“二次润滑”和“微流体动压”的效应,如何构造特定的织构化表面来提高摩擦副界面的摩擦特性一直是表面织构技术的关键所在。本文为了理解织构化表面几何特征参数及方向参数对摩擦润滑性能的影响机理和规律,从而为织构化表面的设计提供理论指导,对混合润滑状态下织构化表面影响摩擦特性的设计参数从理论、仿真、制备和试验四个方面进行研究,主要工作和结论包括:(1)利用平均雷诺方程作为摩擦副界面润滑液的控制方程,并采用GW(Greenwood Williamson)接触模型来计算粗糙峰接触和移动产生的摩擦力。对控制方程离散化处理,结合周期性边界条件对摩擦润滑性能参数进行数值计算,并采用Matlab语言完成了程序的编写。(2)对表面织构面积率Sp、半径R、深度dp、粗糙表面方向参数γ及织构方向对摩擦特性的影响进行数值计算,结果表明在本文试验条件下,最匹配的摩擦特性的圆形织构几何参数为织构面积率20%、半径100μm、深度17μm;三种典型的粗糙表面方向参数对摩擦特性有显著影响,其中各向同性粗糙表面(γ=1)具有最优的摩擦特性,纵向粗糙表面(γ=9)产生最差的摩擦特性;沿椭圆短轴方向产生较好的摩擦特性,沿长轴方向具有较差的摩擦特性。(3)探索采用纳秒紫外激光加工方法在锡青铜材料基底进行粗糙表面构造和微织构阵列制备工艺,初步实现了表面粗糙度及方向的可控构造,并成功制备出按特定方向分布的不同几何特征的圆形和椭圆形微织构阵列。(4)设计摩擦润滑试验,利用UMT-2型摩擦磨损试验机旋转模块,采取“销对盘”的形式模拟摩擦副间的相对滑动,对表面织构特征及方向参数影响摩擦特性的规律进行试验研究,得到不同圆形织构几何参数、粗糙表面方向参数和椭圆形织构方向下对应的摩擦系数结果。试验研究结果与数值计算的结果吻合较好,验证了数值计算结果的可靠性。
【图文】：

(d) 六边形 (e) 组合形(f) 三角形图 1-1 类 织构的 貌图Fig.1-1 Topography of Different Types of Texture面织构参数优化后可以改善摩擦副间的摩擦学特性。目前为止，学者普遍认技术提高摩擦学特性的机理主要有：①干摩擦中磨屑的捕获作用[12]；②混次润滑作用和微流体动压效应[13]；③流体润滑中的微流体动压效应[14]。基表面织构技术在机械密封，发动机汽缸，滑动轴承中取得了成功的应用[15,16]。承表面采用圆形织构的设计可以减小64%的振动，提高轴承稳定性[17],如图 (a) 圆形织构提高转子轴承稳定性(b) 织构化表面处理降低高速列车制动噪声

(d) 六边形 (e) 组合形(f) 三角形图 1-1 类 织构的 貌图Fig.1-1 Topography of Different Types of Texture织构参数优化后可以改善摩擦副间的摩擦学特性。目前为止，学者普遍认技术提高摩擦学特性的机理主要有：①干摩擦中磨屑的捕获作用[12]；②混次润滑作用和微流体动压效应[13]；③流体润滑中的微流体动压效应[14]。基面织构技术在机械密封，发动机汽缸，滑动轴承中取得了成功的应用[15,16]承表面采用圆形织构的设计可以减小64%的振动，提高轴承稳定性[17],如图(a) 圆形织构提高转子轴承稳定性(b) 织构化表面处理降低高速列车制动噪声
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH117.1

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本文编号：2680214