织构深度对不锈钢表面油润滑条件下摩擦学性能影响的试验和仿真研究

采用激光加工技术在不锈钢表面构造深度不同的沟槽型织构图案,通过UMT摩擦磨损试验机测试了不同织构深度的不锈钢表面在PAO6油润滑条件下的摩擦磨损性能,利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)对摩擦前后的沟槽形貌进行表征分析,采用计算流体动力学(CFD)方法对试验进行模拟并计算,结合ANSYS Fluent软件模拟分析结果,探究了沟槽织构深度对不锈钢表面在油润滑条件下的摩擦学性能的影响机理. 研究结果表明:加工的沟槽织构及其织构深度显著影响不锈钢表面在PAO油润滑条件下的摩擦磨损行为,织构深度为10 μm的不锈钢表面获得最好的抗磨和减摩效果,与未织构表面相比,其摩擦系数与磨痕宽度降低了60%以上. 这主要是由于织构深度为10 μm的不锈钢表面在摩擦过程中,润滑油通过其收敛区域时产生了很好的楔效应,润滑油产生的升力较大,改善了该织构表面在摩擦过程的润滑状态,从而呈现很好的摩擦学性能.      

条状亲油表面的润滑特性试验研究

分别利用疏油薄膜和梳齿形凹槽队列织构,在钢表面的润滑轨道上围成了两类条状亲油区. 试验表明,两类条状亲油区对置于其上的润滑油滴有明显约束作用,限制润滑油向润滑轨道之外的区域铺展. 在有限供油条件下,对两类条状亲油区表面与钢球组成的摩擦副进行了测量,结果表明两类表面在混合润滑区均具有较低的摩擦力和磨损. 将试验结果归因于条状亲油区边界处润滑油所受的表面力不同,从而润滑轨道自集油能力得到增强. 最后,用光弹流试验证实了条状亲油区对摩擦副供油的改善.      

纸基摩擦材料与不同含碳量钢配副之间的摩擦学性能及其失效机理研究

采用湿法成型辅助热压工艺制备了纸基摩擦材料. 分别考察了纸基摩擦材料在无油状态和富油状态下与不同碳含量钢配副材料的摩擦适配性,并通过磨损表面形貌分析和探讨了其在无油状态下的失效机理. 结果表明:在无油状态下,随配副材料硬度增高,纸基摩擦材料的摩擦系数下降,摩擦稳定性提升,磨损率降低,高硬度的65Mn钢与纸基摩擦材料的适配性较好. 纸基摩擦材料在无油状态下主要表现为由疲劳裂纹引发的纤维脱粘与拔出导致的材料失效. 在富油状态下,配副材料的硬度对纸基摩擦材料的摩擦性能无显著影响,润滑油膜和摩擦膜的形成能有效减轻对配副材料的微观切削作用,从而抑制材料的磨损.      

谐波齿轮传动减速器的固体润滑失效机理

在同型号的谐波轮传动减速器和相同的试验条件下，考察了不同固体润滑薄膜体系的润滑性能和磨损特性；结合试验后柔轮和刚轮的工作表面形貌和磨粒的分析，初步探讨了固体薄膜润滑下谐波减速器的磨损机理及其润滑失效机理，结果表明，谐波减速器齿轮磨擦副的润滑膜配伍是影响谐波减速器润滑状态和运行寿命的重要因素。在分析研究的基础上，提出了改进谐波减速器齿轮副固体润滑的设想，并且研制出在给定条件下适用的固体润滑薄膜体系。     

环形液池内中等Pγ数流体的浮力-热毛细对流

为了了解水平温度梯度作用时环形液池内的浮力-热毛细对流特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,环形液池外壁被加热,半径为40 mm,内壁被冷却,半径为20 mm,液池深度为3～17mm,液池内流体为0.65cSt的硅油,其Pr数为6.7.模拟结果表明,当水平温度梯度较小时,流动为轴对称稳态流动,随着温度梯度的增加,流动将会失去其稳定性,在浅的液池内(d=3 mm),转化成三维振荡流动,在深的液池内(d≥6mm),转化成三维稳定流动;模拟计算的临界温差及表面温度分布图像与实验结果基本吻合.     

滑液组分对人工关节摩擦学行为影响研究进展

随着社会老龄化和关节疾病年轻化趋向严重,关节疾病患者越来越多,人工关节置换术是治疗关节疾病的重要手段.由于磨损过程中产生的磨屑与骨组织发生作用,造成骨溶解,进而使假体因无菌性松动而失效.良好的润滑是减少人工关节摩擦磨损的重要原因,因此研究人工关节的润滑机理,减少其摩擦磨损,对于延长人工关节的使用寿命有极其重要的意义.人工关节主要依靠滑液润滑,滑液的主要成分有白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质,进行关节置换术后滑液组分和浓度可能发生改变,进而影响人工关节的摩擦学行为.综述白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质四种主要组分及其耦合作用对人工关节的摩擦学行为,为探究人工滑液提供一定理论依据,对延长人工关节的使用寿命具有重要意义.     

定量定时供油方式下润滑剂分布及润滑状态试验观察

采用球-盘点接触光干涉润滑油膜测量仪,观察定时定量供油方式下润滑剂分布状态和接触区润滑状态.结果表明,相对于以往的油滴单次定量供油方式,定时定量供油可有效改善接触区润滑状态,并分析其内在机制.供油时间是主要影响因素,在供-失平衡状态下供油间隔和卷吸速度对润滑状态的影响较弱.试验还观察到当供油位置偏离滚道中心时,润滑剂的回填量降低,润滑状态变差.     

MoS2-C异质复合薄膜的真空超滑行为及其机制研究

采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了MoS₂-C异质复合薄膜,利用多环境可控摩擦试验机测试了薄膜在真空环境中的摩擦学性能,通过拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段分析了薄膜摩擦前后结构的变化,探讨了超润滑机理.结果表明：复合薄膜呈现致密的“纳米晶/非晶”结构,在真空中具有优异的摩擦学性能,保持了超低摩擦系数(0.006～0.009)和磨损率[1.026×10^-7 mm³/(N·m)],达到了超润滑状态.摩擦过程中碳选择性转移到钢球表面形成非晶碳转移层,薄膜磨痕表面形成有序的MoS₂ (002)晶面,摩擦发生在MoS₂有序晶体和非晶碳转移膜之间,形成非公度异质接触,降低摩擦系数实现超润滑.钢球/MoS₂-Ti、a-C:H/MoS₂-Ti摩擦配副在相同条件下的不同摩擦行为,也证明了上述超润滑机理.     

椭圆接触弹性流体动力润滑的供油条件分析

通过数值求解研究了椭圆接触弹流润滑的供油条件,分析了供油油膜厚度对乏油润滑中心膜厚和最小膜厚的影响,以及中心膜厚和最小膜厚与润滑油膜压力区形成位置的关系.结果表明:当供油油膜厚度较小时,中心膜厚和最小膜厚很小,压力区形成位置距Hertz接触区很近,处于严重乏油状态;当供油油膜的厚度达到一定数值时,中心膜厚和最小膜厚基本不变,多余的润滑油几乎不能进入接触间隙,即达到准充分供油状态;当供油油膜厚度继续增加时,乏油区最终消失,达到充分供油或过量供油状态.     

凹坑表面活塞与缸套挤压润滑油的流固耦合数值模拟

在准油膜润滑条件下,采用Coupling Euler Lagrange(CEL)方法对凹坑表面活塞-缸套挤压润滑油过程进行了流固耦合数值模拟.润滑油动力学方程由Euler坐标系下的Navier-Stokes(N-S)方程来描述,活塞-缸套采用Lagrange坐标系下的线弹性力学方程来描述.罚函数约束方法将Lagrange结构的物理量传递给润滑油流体单元,实现流体和固体的直接耦合.仿真结果表明:CEL模型较好地追踪了挤压过程中润滑油的自由液面;凹坑表面裙部将润滑油挤压到贮油凹坑中,而光滑裙部只有挤压过程,无法贮存润滑油;随着润滑油的逐渐排出,接触应力逐渐增大,光滑裙部的接触应力增大尤为明显;凹坑中贮存的润滑油承载比稳定在0.3,该油膜具有一定的承载能力.数值模拟结果和试验数据的变化趋势吻合.