双级孔含油轴承油压扩散与表面渗析特性分析

为探究含油轴承基体渗流及压力扩散对接触面间油膜润滑性能的影响，建立双级孔含油轴承系统的渗流润滑模型，研究轴承摩擦面上油膜分布规律与双级孔隙中压力扩散行为，分析摩擦副倾角与轴承表层渗透率变化对油膜润滑性能的影响.结果表明，流体动压力产生于摩擦界面的收敛区，并逐渐由摩擦界面向轴承基体扩散，在油压扩散过程中流体压力的作用面积增大，压力数值降低.油膜的润滑性能随倾角增大或表层渗透率减小而得到改善，相比单层含油轴承，具有致密表层的双级孔含油轴承具有较好的润滑性能.不同表层渗透率下，倾角对油膜摩擦系数的影响差异显著：在本文中计算参数下，当表层渗透率小于7×10^-15 m²时，油膜的摩擦系数随倾角增大而减小；当表层渗透率高于7×10^-15 m²时，油膜的摩擦系数随倾角增大而增大.倾角和表层渗透率影响含油轴承基体中的油液渗流和压力扩散行为，最终使油膜的润滑性能发生改变.研究工作为明晰含油轴承润滑机理提供一定理论依据.     

含油轴承表面供油行为与自润滑机理分析

含油轴承是一类重要的减摩自润滑零件,轴承基体中油液的渗流特性对表面润滑性能有重要影响. 建立含油轴承孔隙渗流与表面油膜润滑的耦合力学模型,分析含油轴承系统中油液的渗流特性,探讨轴承表面油液的供油行为与自润滑机理. 结果表明:在含油轴承的收敛区内同时存在周向旋转流、径向伸缩流和法向渗析流,油液在各方向上的流动状况由该向流体压力梯度决定;受油膜压力影响,油液在接触区向多孔基体渗入,在接触区入口部位向多孔表面析出,由此构成了油液渗入和析出的闭环速度流线,增强摩擦界面间的泵吸效应. 油液在法向上的渗析速度随中心膜厚增加而减小,随转速升高而增大,渗析速度越大,对泵吸效应的增强作用越显著,接触区入口的油液也更易进入摩擦界面,保障含油轴承的良好自润滑效果. 研究结果对揭示含油轴承的供油自润滑机理具有重要意义.      

复层孔隙分布铁基粉末冶金材料的力学和摩擦学性能

采用粉末冶金工艺制备基体致密、表层多孔含油的复层铁基含油材料，利用SEM、EDX和XRD分析材料微观组织形貌、组元和物相组成及断口形貌，并基于HDM-20端面摩擦磨损试验机评价其摩擦磨损性能. 结果表明:在铁基粉末冶金材料中添加适量TiH₂可有效提高材料的孔隙率，同时在孔隙附近内生TiC硬质相，有效弥补孔隙对力学性能削弱；添加TiH₂后，材料的硬度提高，压溃强度有所降低，材料的断裂机理逐渐由韧性断裂转变为脆性断裂；随着TiH₂含量增加，材料的摩擦学性能呈现先变好后恶化趋势，含质量分数3%TiH₂材料的综合力学和摩擦学性能较好，能实现较高强度与良好自润滑特性的统一. 研究工作为研制高性能铁基含油轴承材料提供新的思路.      

轻载径向滑动轴承中Taylor涡动的产生和影响研究

本文用原始变量法直接求解了三维的Ｎ－Ｓ方程，计算分析了高速旋转有限长圆柱轴承中油膜层流失稳产生涡动的临界Ｔａｙｌｏｒ数及流场、压力场和摩擦阻力。轴承端部泄油量等的变化。结果表明，在有限长同心圆柱轴承中，随着轴旋转速度的提高，轴承磨擦阻力线性增大，油膜层流失稳出现的涡动增加轴承摩擦阻力并减少轴承端部泄油量，油膜层流失稳后，轴承长度方向均匀地排列着一些流体涡，涡动的强度从轴承中间截面向轴承端部逐渐减弱     

计入油膜惯性作用椭圆接触弹流润滑性能研究

基于计入惯性项的Navier-Stokes方程和连续性方程，建立了计入油膜惯性作用的椭圆接触弹性流体润滑模型，研究了油膜惯性对椭圆接触弹流润滑性能的影响. 弹性变形通过快速傅里叶变换(FFT)计算，而油膜压力通过复合直接迭代法求解. 数值结果表明:在计入油膜惯性作用后，润滑膜的二次压力峰增大，入口区的油膜速度减小，且逆流区范围扩大；考虑油膜惯性作用后油膜厚度有所增大，当载荷从300 N增加到700 N时，中心膜厚最大增加了5.14%. 试验结果也表明，考虑油膜惯性作用后的中心膜厚数值解与试验结果更加接近.      

计及轴颈倾斜的径向滑动轴承湍流润滑分析

分析了轴颈倾斜状态下，径向滑动轴承的湍流润滑性能. 基于轴颈倾斜的统一Reynolds方程和能量方程，应用有限差分法求解了不同轴颈倾斜方位角、轴颈倾斜度、偏心率和平均雷诺数下的径向滑动轴承湍流润滑性能. 结果表明:轴颈倾斜方位角α=0°时，随着轴颈倾斜度的增大，轴承油膜的压力峰向轴承一端移动，轴承一端的轴向油膜温度梯度增大；α=90°时，随着轴颈倾斜度的增大，轴承油膜压力逐渐出现双峰分布，且向轴承两端移动，轴承两端的轴向温度梯度也不断增大. 在相同轴颈倾斜度增量下，轴承最大油膜压力、最高油膜温度、承载力和稳定工作力矩的增量随轴承中央截面偏心率的增大而增大. 相同轴颈倾斜度增量下，轴承最大油膜压力增量、最高油膜温度增量、承载力增量、摩擦系数减量和稳定工作力矩增量随平均雷诺数的增大而增大. 可见，径向滑动轴承湍流润滑分析中有必要考虑轴颈倾斜因素的影响.      

碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

对碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承在稳态运行时的热动力润滑性能进行了分析研究,考察了弹簧弯曲刚度,载荷和转速对轴承的油膜厚度为分布,压力分布,温度分布,功耗及油膜压力中心位置的影响,并提出了温度因子概念,研究表明,较小的弹簧弯曲刚度和载荷有利提高轴承的热动力润滑性能,油膜温度随温度因子的增大而增大,当轴承转速在较大的范围内变化时,温度因子基本为常母,油膜温度敢基本不变,油膜压力中心位于瓦几何中心的上游区     

齿向修形对滤波减速器润滑性能的影响分析

综合考虑了滤波减速器齿向修形参数、真实齿面粗糙度和瞬态效应等因素,建立了轮齿混合润滑数学模型,数值计算了不同修形参数值对应不同啮合点的最大压力和中心膜厚,分析了齿面粗糙度和转速对润滑性能的影响.结果表明:修形参数r和Ry均存在一个优化范围,使得轮齿表面最大油膜压力显著降低,边缘效应弱化,而中心膜厚则随着r和Ry的增大而逐渐增大;未修形轮齿边缘油膜压力受粗糙度的影响而急剧增大,边缘效应更加显著,修形后轮齿的边缘效应得到了明显改善,因此,轮齿修形也因粗糙表面的存在而显得更加重要;随着转速逐渐降低,轮齿表面的平均油膜厚度逐渐变小,接触比逐渐增大,轮齿表面由弹流润滑逐渐转为混合润滑,最后演变为边界润滑.     

磨合过程中液体润滑实现超低摩擦的混合模型研究

针对球-盘滑动试验,在磨合过程中获得超低摩擦的液体润滑状态,建立耦合流体润滑、粗糙接触力学、Archard磨损方程和相关物理参数(液体黏度、表面粗糙度和磨损系数)时变函数的混合模型,研究磨合过程中液体润滑的摩擦系数演化. 通过数值模拟结果可知:在磨合过程中,润滑介质等效黏度增大,形成流体动压润滑薄膜,有效隔开粗糙表面;其次在磨合过程中,新生成的表面粗糙度降低,减少粗糙峰承载比,实现超低摩擦润滑状态;最后在适当的液体黏度和提高表界面效应减少边界摩擦系数,可进一步实现液体超低摩擦润滑状态. 为磨合过程宏观液体润滑性能演化所建立的混合数值模型对提高液体润滑超低摩擦设计效率具有重要价值意义.      

几何修形对低速圆柱滚子轴承混合润滑性能的影响研究

针对圆柱滚子轴承直母线滚子在接触出现的边缘应力集中现象，采用对滚子进行几何修形的方法，运用拟动力学分析方法开展轴承滚子受力和相对运动关系分析. 在此基础上，综合考虑轴承接触工况、滚子修形参数和真实表面粗糙度等因素，建立圆柱滚子轴承混合润滑数学模型，分析滚子修形参数和转速对轴承润滑性能的影响. 结果表明:从润滑角度判断，滚子母线凸度量δ和滚子端头圆角半径r均存在一个优化区间，使得最大受载滚子接触表面最大油膜压力和次表层最大von Mises应力σ显著减小，边缘效应弱化；δ和r对中心膜厚h_c和摩擦系数f的影响较小；转速的增大会使h_c变厚，f_c和σ减小，且混合润滑状态下转速对修形滚子的σ变化显著，修形后的滚子较未修形的滚子润滑性能要好.      

孔隙深度对多孔储液介质摩擦学性能的影响研究

多孔储液介质凭借其独特的孔隙结构可以储存并释放润滑介质,具备良好的自润滑性能. 利用计算流体力学(CFD)方法研究了孔隙深度对多孔储液介质摩擦界面流体压力分布的影响;考虑气-液界面的弯月面力作用,研究了不同孔隙深度的多孔储液介质气-液承载模型以及气-液二相的最小压差分布规律. 基于模拟计算结果,采用3D打印技术制备了不同孔隙深度的多孔储液介质,进一步考察了孔隙深度对其摩擦学性能的影响. CFD模拟结果表明合理设计孔隙深度能够增强多孔储液介质的流体动压润滑效应,孔隙深度较低会使得润滑升力不足,孔隙深度过高又会使得孔隙中流体产生回流循环,削弱楔形效应. 气体进入多孔储液介质摩擦副表面后,在孔隙中形成气-液二相受压承载,其最大承载力随着孔隙深度的增加先升高后趋于平稳,但孔隙深度越小,对润滑作用的积极效果越显著. 摩擦试验表明多孔储液介质的摩擦系数随着孔隙深度的增加呈先降低后增加的趋势,与模拟计算结果一致. 因此合理设计多孔储液介质的孔隙深度,能优化多孔储液介质的润滑性能.      

Investigation of surface texture influence on hydrodynamic performance of parallel slider bearing under transient condition

Although surface texture has been becoming an attractive technique for improving hydrodynamic performance in lubrication system, the study of surface texture mainly focus on the steady-state load conditions. This investigation evaluates the effect of surface texture on hydrodynamic performance under transient lubrication in parallel bearing. In the case, considering cavitation phenomena in liquid lubricating film, a mass conserving formulation based on Elrod–Adams model with JFO conditions is then employed. The implementation of numerical simulation is discretized in spatial and time domain for calculating the pressure distribution. The effect of different geometrical configurations of lubricated contact on hydrodynamic performance is evaluated. The results show that surface texture in parallel bearing yields a great improvement in terms of friction force and friction coefficient.     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.     

微纳米结构壁面对流场及动压润滑的影响研究

固体边界具有的微纳米结构将影响流体在近壁面处的流动行为,进而由于尺度效应改变流体在整个微间隙的流动或润滑规律.将壁面可渗透微纳米结构等效为多孔介质薄膜,采用Brinkman方程来描述流体在近壁面边界渗透层内的流动,并将其与自由流动区域的不可压缩流体Navier-Stokes控制方程耦合,在界面处的连续边界条件下求解和分析了速度分布规律和压力变化规律.针对恒定法向承载力的油膜润滑条件,进一步讨论了静止表面或运动表面的微纳米结构对近壁面流动行为的影响;并揭示了考虑壁面微纳米结构的流体动压润滑的油膜厚度和摩擦系数的变化规律.论文结果为具有可渗透微结构表面的微间隙流动与润滑提供了理论参考.     

基于表面织构技术改善摩擦学性能的研究进展

利用表面织构技术改善材料表面摩擦学性能已被大量应用于许多工程领域. 然而,通过表面织构技术提高材料表面的减摩耐磨性能的确切机理仍不清楚,因此,研究人员进行了大量表面织构几何特征和工况条件的优化来研究表面织构技术的机理及应用范围. 本文作者回顾了近年来表面织构技术在控制摩擦方面的主要研究成果,从不同润滑条件下的减摩机制与理论模型展开讨论,重点从表面织构的几何特征和实际工况条件两个方面来评述改善材料表面摩擦学性能的最新进展,其中,几何特征包括表面织构的纹理形状、直径、深度、面密度和排列方式;实际工况条件取决于摩擦形式及操作条件,根据摩擦系数、磨损量、承载能力、阻力系数及升力系数等体现摩擦学性能的参数,对改善表面摩擦学性能的参数和条件进行分析和总结. 深入研究精确的理论模型和普适性的模拟方法并开发改善摩擦学性能的参数优化方法是未来的研究重点和方向.      

接触角滞后与流体动压润滑的相关性研究

理论研究表明不同润湿性界面对流体动压润滑油膜厚度有着显著地影响，一般采用接触角(CA)来表征固液界面润湿性. 而由热力学原理推导出的界面势能垒理论模型不仅与接触角相关，也是接触角滞后(CAH)的函数. 本文作者通过对不同基体材料的滑块进行表面张力修饰，获得了不同亲和性的界面. 利用干涉法及荧光法分别测量了不同润湿性界面的流体动压润滑膜厚及油膜受剪切的流动特性，研究了接触角及接触角滞后两个界面参数对流体动压润滑油膜厚度的影响，并对势能垒与接触角滞后的关系进行了讨论. 结果表明:接触角与流体动压润滑油膜厚度的相关性较差，接触角滞后可以更好地表征界面效应对流体动压润滑油膜厚度的影响.      

含浸凝胶自润滑轴承材料的制备及性能研究

利用新型凝胶润滑剂替代传统的润滑油或脂灌入铁基和聚酰亚胺多孔轴承材料中获得一种新型自润滑轴承材料,并研究制备工艺、储油性能和润滑性能. 在摩擦热的作用下,凝胶润滑剂由半固态转变为液体,从轴承材料的孔隙中渗出,实现自润滑. 而且,凝胶在液态下大大提高基础油的黏度,减少高速运转时轴承的甩油问题;摩擦结束后,凝胶润滑剂又能再次冷凝并储存在含油轴承材料的微孔中,从而减少油的泄露或挥发,提高其储油能力. 因此,这种新型含浸凝胶的自润滑复合材料有望用于含油保持架/轴承.      

介观双粗糙弹塑性流体动力润滑界面法向接触刚度模型

弹性流体动力润滑状态通常出现在机械高副零部件的点/线接触部位,如齿轮、轴承和蜗轮蜗杆等. 宏观上点/线接触在介观层面表现为两粗糙表面的接触,在微观层面上则又表现为微凸体间的接触. 由于在中/重载荷作用下,粗糙表面上的微凸体发生接触后会产生弹塑性/塑性变形,从而使得两粗糙表面的弹流润滑接触转变为弹塑性流体动力润滑接触. 此外,界面的接触刚度决定了机械装备的整机刚度. 为了精确获得弹性流体动力润滑状态下界面法向接触刚度及其主要影响因素,基于界面的法向接触刚度由固体接触刚度和润滑油膜刚度两部分构成的思想,根据固体弹塑性理论和流体动力学理论,分别对界面间微凸体侧接触及部分膜流体动力润滑进行分析,从微观入手揭示双粗糙表面弹塑性流体动力润滑接触机理,进而建立考虑微凸体侧接触弹塑性变形的流体动力润滑界面法向接触刚度模型. 通过仿真分析,揭示了法向载荷、卷吸速度、表面粗糙度及润滑介质特性等因素对润滑界面法向接触刚度的影响规律. 研究表明:在相同速度、粗糙度及润滑油黏度的工况下,固体接触刚度和油膜接触刚度均随着法向接触载荷的增加呈非线性增大;在相同载荷、速度及润滑油黏度的工况下,接触表面粗糙度越大,表面形貌对于润滑状态的影响较强,固体接触刚度占界面总刚度的主要部分,界面主要由固体承载;在相同载荷、粗糙度及润滑油黏度工况下,随着卷吸速度的增大,固体接触刚度逐渐减小,油膜刚度占界面总刚度的主要部分;在相同载荷、粗糙度及速度工况下,随着润滑油黏度的增大,油膜刚度基本保持不变,固体接触刚度基本不受润滑油黏度的影响. 通过理论建模准确获得单位面积弹塑性流体动力润滑结合面法向接触刚度,对改善机械装备动态性能、提高机械装备的可靠性具有重要的理论和实际意义.      

高速球铣加工表面微沟槽形貌形成方法及其减摩性能研究

高速球铣加工表面通常具有一定的残留形貌,采用Matlab形貌仿真与切削加工试验研究了高速球铣加工表面微沟槽形貌的形成方法;并基于流体动压润滑理论,通过Fluent流体仿真与润滑工况下的滑动摩擦试验,研究了表面微沟槽形貌的承载能力关于滑动速度和径向切深的响应规律,并分析了减摩机理. 结果表明:当给定每齿进给量后,随着径向切深的增大,可以获得具有微沟槽特征的表面形貌. 微沟槽承载能力随着滑动速度的提高而逐渐增大;随着径向切深的提高,承载能力呈现先增后减的趋势,这是由于其与楔形效应和逆流现象交互作用影响相关,当径向切深较小时,楔形效应占主导地位,承载能力较强,随着径向切深的进一步增大,逆流现象会严重减弱楔形效应,导致微沟槽承载能力下降.