线接触状态下激光加工微造型表面摩擦特性研究

为了研究表面形貌对线接触弹流状态下摩擦副摩擦特性的影响,采用激光微造型技术,通过控制微造型的形状、深度、间距和面积占有率等参数制造了两组表面高度算术平均值Sa分别相同的试件.使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对表面进行测量,采用ISO25178参数及连通性系数Us对测量表面进行表征,最后在JPM-1型双盘摩擦磨损试验机上对试件进行富油摩擦试验,得到不同转速、不同载荷工况下的摩擦系数.结果表明:线接触状态下,微造型形状、方向及深度均会对表面的摩擦特性产生影响,顺向箭头微造型表面表现出了最优的摩擦特性;试件摩擦系数随着转速的增大呈线性增长趋势,随着载荷的增大而减小,减小的幅度随载荷的增大逐渐变得缓慢;表面形貌三维表征参数Ssk、Sku、Vvv、Vvc、Us与摩擦特性均有一定的关联性.     

齿面微织构对齿轮润滑特性的影响研究

表面微织构具有改变摩擦表面润滑状态的特点,已在齿轮传动中获得了应用.开展沟槽形状的微织构对齿轮润滑的影响研究.首先,对微织构齿面齿轮进行参数化建模,实现自动生成理想的沟槽;然后,将微沟槽织构简化为两种模型,导入ANSYS的Fluent模块中,并分别对沟槽不同的参数(如:沟槽宽度、深度、角度、间距)进行分析.结果表明:随...     

温成形摩擦界面粉末润滑层宏微观特性的试验研究

温成形时加入润滑剂,可提高产品质量,降低变形力,延长模具的使用寿命.不同温度下润滑剂的性能不同,也影响加工界面的摩擦特性.通过将松散的石墨粉导入到面接触摩擦副间隙中,可以在轴向载荷和剪切力作用下形成减摩性能良好的粉末层,实现高温和高压成形过程的良好润滑.采用多功能摩擦磨损试验机研究温度对温成形粉末润滑界面的影响,对粉末润滑润滑的摩擦副表面进行电子显微镜观察、三维轮廓分析、能谱分析、元素含量分析及拉曼分析,获得温度影响温成形摩擦特性的现象和机理.结果表明:温度对温成形中粉末润滑界面的摩擦特性有很大影响,不同温度下摩擦系数发生改变,而粉末润滑层的平整性、完整性以及石墨有序化程度也随温度改变,而这些因素都是温度改变粉末润滑效果的内在原因.     

不同速度及载荷作用下焦粉润滑特性的试验研究

将焦粉导入摩擦副间,研究不同速度及载荷作用下钢、焦粉、耐火砖三体接触状态下焦粉润滑特性. XRD测试结果表明焦粉微晶结构发生石墨化.通过对比无润滑及焦粉润滑对摩擦界面的影响,进一步验证了焦粉具有良好的润滑性能.此外,通过改变试验的速度及载荷,探究不同速度及载荷作用下粉末层成形机理及焦粉润滑特性.结果表明:载荷为5 MPa,速度分别为0.05、0.20和0.40 m/s时,速度越大,粉末层越厚,焦粉润滑性能越好;而速度为0.55 m/s时,由于速度过大,焦粉被抛出摩擦界面,表面发生严重磨损,并引发振动发生.速度为0.40 m/s,载荷分别为5和15 MPa时,载荷越大,越不利于形成粉末层,载荷分别为20和25 MPa时,粉末层发生不同程度的破坏,表面磨损严重.     

微油滴供油条件下弹流润滑行为的数值分析

油气润滑条件下润滑油以微油滴形式供给摩擦副,基于此建立了简化的单个微油滴供油弹流润滑模型,模拟了微油滴通过弹流接触区的全过程.结果表明:卷吸速度和润滑油黏度会影响微油滴的扩展距离,进而使接触区油膜的形成产生差异.卷吸速度越高,或润滑油黏度越大,微油滴的扩展距离就会越小,油膜仅在接触区中部区域产生,微油滴类似硬质颗粒般在接触表面挤压出凹坑穿过接触区.理论结果和实验结果对比,具有良好的一致性.     

高压混相激光脸浅槽机械密封润滑状态转变特性及密封性能分析

以激光脸浅槽微接触式密封为研究对象,求解考虑混相介质特性和密封端面粗糙度效应的雷诺方程,通过分形接触理论求解微凸体接触力,利用不同微凸体接触状态下求解出的液膜承载系数对混相微接触式机械密封混合润滑状态进行分级,探究了压力及转速等工况条件和开槽形式对密封的润滑状态转变的影响规律.结果表明：混相微接触式机械密封混合润滑状态可分为弹性混合润滑状态、弹塑性混合润滑状态和塑性混合润滑状态3个级别;随着转速升高,液膜承载力不断增大,微凸体接触力逐渐趋向于0,密封环分开实现非接触,此时液膜承载系数为1;压差和槽深越大、混相介质气相容积比越高,矩形槽角度和周期数越小,临界转速越大,润滑状态更稳定,摩擦副分离越困难.     

颗粒流润滑过程中粉末层的微观破坏形式和机理分析

将松散的石墨粉末导入到面接触摩擦副间隙中,对粉末层形成和破坏过程的宏、微观现象进行了跟踪和分析.通过对粉末层的电子、光学显微镜观察及能谱分析发现粉末层典型的生命周期包含完整、轻微破损、严重剥落和完全破坏4个阶段.利用光学显微镜观察到粉末层的鼓包、部分剥落、分层剥落和擦伤等微观现象,这些现象代表粉末层不同阶段的破坏状态和磨损程度.鼓包、部分剥落、分层剥落是粉末层破坏的早期形式.擦伤是粉末层破坏的严重形式,表明上试件和下试件发生了表面的直接接触并产生磨损,通常能够在粉末层完全破坏之前观察到.     

单个微油滴弹流润滑行为的试验研究

利用光干涉技术研究了微油滴通过弹流润滑接触区的润滑行为,考察了油滴大小、卷吸速度和载荷等因素的影响.结果表明微油滴在入口区域因挤压或毛细力效应发生表面积扩展,从而影响润滑膜的形成.油滴越大,挤压扩展直径越大,形成的膜厚越大.卷吸速度越高,入口处微油滴表面积扩展越不充分,仅接触区局部形成油膜,微油滴在接触表面挤压出凹坑穿过接触区.     

三体介质温成形界面接触换热特性的试验研究

温成形摩擦界面模具与工件之间的传热特性对工件质量和模具寿命有重要影响,固体粉末介质导入该摩擦副可实现高温润滑,但其传热特性与传统加工方式的有很大不同.采用稳态法自行设计了三体界面的传热特性试验,研究和分析了界面温度、接触载荷、层厚对带有石墨粉和氧化铝粉润滑层的H62铜合金和45钢之间的三体界面接触换热系数的影响.结果表明:带有石墨粉润滑层的三体界面接触换热系数随温度的增加先升高后降低,随载荷和层厚的增加先缓慢增加后迅速增加;带有氧化铝粉润滑层的三体界面接触换热系数随温度的变化缓慢升高,与载荷基本成线性关系,随层厚的增加而降低.温度改变了固体润滑剂的材料热阻和上下试样表面硬度及氧化层厚度,载荷改变了三体界面实际接触面积和接触属性,层厚决定能否完全隔开上下试样,不同物性固体润滑剂决定了其材料热阻在三体界面接触热阻中的主次关系.     

端面微形体对液体润滑机械密封性能的影响

针对等深(高)凹(凸)微形体端面液体润滑机械密封,采用有限元法求解等温及层流不可压缩二维Reynolds方程研究了在端面开启力与闭合力平衡的状态下,圆形、正方形、六边形和三角形等不同凹(凸)微形体端面机械密封的平均液膜厚度、摩擦扭矩、液膜刚度和泄漏量等密封参数随微形体面积比的变化规律,并比较了"凹"、"凸"2种微形体端面机械密封的性能.结果表明:微形体面积比对密封性能影响较大,且"凸"微形体端面密封的性能参数所受影响较"凹"微形体密封大;在相同工况和面积比条件下,"凹"微形体端面密封的综合性能优于"凸"微形体端面密封.     

激光表面织构化改善摩擦学性能的研究进展

介绍了激光表面织构化的过程及其摩擦学研究现状,讨论了激光表面织构的形状、直径、深度、取向和密度等结构参数对润滑状态及其磨损机理的影响,指出今后可将先进涂层技术和激光表面织构化结合起来,在混合／边界润滑状态下获得较低的摩擦系数,并应加强以润滑理论为基础的研究,预先模拟、计算出表面微结构的最佳参数以达到实际摩擦工况的润滑要求．     

小肠的结构及边界润滑模型建立

为了实现内窥镜的无损诊治,提高肠道机器人的行走能力,需构建肠道的结构模型和边界润滑模型.本文以小肠为研究对象,表征了其内部结构,测定了肠道内表面摩擦系数与径向应变、载荷和滑动速度之间关系.结果表明:小肠内表面结构由皱襞、绒毛和微绒毛组成;直径变化是影响其摩擦的首要因素,其次是滑动速度和载荷.运用薄膜理论,根据小肠内部结构特征和摩擦系数的变化规律,构建其结构模型及边界润滑模型,并推断出小肠收缩状态润滑形式为流体动压润滑,摩擦阻力主要由肠黏液表面剪切力决定,膨胀时,润滑形式为薄膜润滑,摩擦阻力由肠黏液表面剪切力、绒毛产生的约束力和吸附力决定.     

激光织构仿生非光滑表面抗磨性能研究

采用激光织构技术在材料表面形成4种仿生非光滑表面形态，分析了织构表面金相组织结构，考察了其抗磨性能．结果表明，材料表面经激光织构处理后形成了微细的硬质金相组织，这有利于提高表面的抗磨性能；而将这种激光表面织构技术用于仿生非光滑表面形态，可以进一步提高表面的抗磨性能；其中经激光织构处理的鳞片形非光滑表面的抗磨性能最佳。     

激光表面织构化对GCr15钢摩擦磨损性能的影响

本文利用Nd:YAG固体脉冲激光对GCr15钢样品表面进行了微坑织构化处理,考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电镜等对磨斑表面进行了分析.结果表明:与光滑面试样相比,经织构化处理的样品表面在干摩擦条件下虽然摩擦系数较高,但表现出了较好的抗磨性能;在贫油润滑条件下,织构面的摩擦系数与磨损均明显小于光滑面;在低载低速下较小孔径织构面摩擦系数较小,随着速度及载荷的增大,较大孔径织构面表现出更好的摩擦学性能.采用Stribeck曲线探讨了织构化表面与光滑面在贫油润滑下的润滑机理,结果表明织构面在试验条件下均保持油膜流体润滑状态.     

45#钢表面复合润滑结构的制备及其摩擦性能研究

采用激光微加工技术在45#钢表面制备了微坑型织构,将激光表面织构化与MoS2固体润滑剂相结合在45#钢表面制备了复合润滑结构.研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,考察了织构面密度及织构化微坑大小对其摩擦性能的影响.通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨斑表面进行了分析.结果表明:与未织构面相比,织构面具有低而稳定的摩擦系数和高的耐磨寿命;对同一孔径织构面,随着织构密度的增加其表面摩擦系数随之减小,较适宜的织构密度为20%～35%;对同一织构面密度,当织构面密度小于20%时,较小孔径织构面的摩擦系数更低;织构面密度增至35%后,织构面摩擦系数则随孔径增大而减小;由于织构面复合润滑结构中的微坑有效地储存了润滑剂从而在摩擦过程中维持表面润滑薄膜的形成.     

激光处理合金铸铁的摩擦磨损性能研究

利用SRV摩擦磨损试验机考察了激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜分析了激光淬火组织剖面微结构及磨斑表面形貌,同时采用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了激光微精处理合金铸铁的表面成分及典型元素化学状态.结果表明,激光处理的合金铸铁具有理想的表面形貌和较高的表面硬度,在含添加剂的油润滑条件下,其抗磨性能大幅度提高.3种添加剂的承载能力顺序为二烷基二硫代磷酸锌＞磷酸三甲酚酯＞硫化异丁烯.二烷基二硫代磷酸锌与激光微精处理的合金铸铁磨痕表面发生摩擦化学作用,形成由微量硫酸盐、磷酸盐及相应的氧化产物组成的表面润滑与防护薄膜,从而使得激光微精处理合金铸铁的摩擦磨损性能明显改善.     

薄膜润滑中双电层效应的理论分析与实验研究

建立了考虑双电层效应的有限宽组合滑块薄膜润滑数学模型,并利用组合滑块与圆盘的滑动摩擦试验对双电层效应进行研究,利用实验结果修正了润滑过程中双电层效应的计算,给出电粘度的计算公式并进行数值分析.结果表明:在薄膜厚度较薄的情况下,双电层效应使得流体的等效粘度随膜厚减小而迅速增加;随着膜厚增加,双电层的电粘度效应逐渐减弱;随着电场强度增加,双电层的电粘度效应增加,当电场强度达到一定程度时,双电层的电粘度效应开始减弱.     

Receptivity of the Flat-Plate Boundary Layer to Free-Stream Turbulence

The linear problem of generation of perturbations of a flat-plate boundary layer by external turbulence is solved. The turbulence is represented in the form of a set of space- and time-periodic vortex modes. It is shown that the boundary layer is most receptive to low-frequency longitudinal vorticity modes. The mean-square velocity fluctuations in the boundary layer and their spectrum are found for isotropic turbulence with a spectrum satisfying the Kolmogorov-Obukhov law.