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经典曲线型槽干气密封稳动态密封特性数值分析
徐奇超, 江锦波, 陈源, 彭旭东, 王玉明
[摘要](21) [HTML全文](13) [PDF 4028KB] (1)
摘要:
数值分析了斜直线、圆弧线、抛物线和超椭圆曲线等四种经典型线型槽干气密封(DGS)的稳动态特性及适用工况。考虑轴向微扰,建立了干气密封稳、动态特性的数值分析模型,采用有限差分法求解稳态和微扰雷诺方程。提出密封性能参数优化带以表征某型线型槽DGS的性能水平,分析不同型线型槽DGS密封性能优化带上边界及优化带宽随压缩数压力比和频率数的变化规律,给出不同工况条件下几种经典型线的最优形状系数优选值。结果表明:通过密封端面型槽型线的合理设计有望大幅提高对数螺旋槽DGS的稳态密封性能,超椭圆槽DGS在高压缩数压力比条件下的气膜刚度和刚漏比,以及在低频条件下的阻尼系数均较对数螺旋槽DGS大幅提升,适用于高速、低压工况,而斜直线槽DGS适用于高压、低速工况;型线形状系数对DGS的稳动态特性影响显著,其最优值与目标函数和工况条件紧密相关。
基于润滑特性仿真的燃油泵滑动轴承优化设计
符江锋, 李昆, 李华聪, 彭凯, 刘显为
[摘要](6) [HTML全文](6) [PDF 1231KB] (0)
摘要:
磨损加剧是低介质黏度和自冷却结构燃油泵滑动轴承主要失效机制,为提高轴承使用寿命,论文提出了一种基于滑动轴承润滑特性分布规律的轴承优化设计方法. 首先基于油膜动压润滑流动的Reynolds方程和等效黏度润滑流动模型,并以绝热流动为假设简化滑动轴承内部流动的能量方程,构建一种联合Reynolds方程和绝热流动能量积分方程的燃油泵滑动轴承热流润滑模型. 其次采用CFD数值模拟和有限差分法相结合的混合仿真方法,分别对不同间隙比、偏心率、宽径比条件下的滑动轴承的润滑特性进行了仿真,最后采用基于遗传算法的间接法优化方法进行滑动轴承结构优化设计. 研究结果表明:优化后的轴承偏心率为0.822 4,宽径比为1.2,油膜厚度为2.7 μm,平均温升为36 ℃,滑动轴承油膜承载力试验测试值与仿真计算值间的误差最大不超过5%,表明轴承能够很好地承受燃油泵的径向力载荷,从而保证轴承与轴瓦不发生摩擦接触并具有良好的润滑性能.

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磷酸酯阴离子插层水滑石作为纳米润滑添加剂的研究
巴召文, 韩云燕, 乔旦, 冯大鹏, 黄国威
2018, 38(4): 373-382   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.001
[摘要](410) [HTML全文](164) [PDF 1483KB] (26)
摘要:
利用尿素分解法制备了镍铝基水滑石(LDH)纳米材料,然后采用离子交换法对其进行了磷酸酯插层修饰,成功合成了二丁基磷酸酯阴离子插层水滑石(LDH-DBP)和二异辛基磷酸酯阴离子插层水滑石(LDH-OBP)纳米材料. 通过傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、热重和透射电子显微镜对所制备纳米材料的化学组成、晶体结构及颗粒形貌进行了分析表征. 采用SRV-IV摩擦试验机研究其作为PAO-4的润滑添加剂的摩擦学性能,试验结果表明:磷酸酯阴离子插层修饰的水滑石纳米添加剂可显著提高PAO-4在高载荷(200 N))条件下的摩擦学性能,其减摩抗磨机理可归于水滑石纳米材料的片状吸附和磷酸酯摩擦化学反应的协同作用.

硬质沙粒对TC4钛合金冲击磨损的损伤行为的研究
吴松波, 蔡振兵, 林禹, 李正阳, 朱旻昊
2018, 38(4): 383-390   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.002
[摘要](372) [HTML全文](207) [PDF 1294KB] (45)
摘要:
在新型冲击磨损试验机上,以TC4钛合金作为研究对象开展了在硬质沙粒条件下的冲击试验. 考察了沙粒粒径(120~380 μm)、冲击次数对TC4钛合金冲击磨损行为的影响. 研究结果表明:粒径能显著影响TC4钛合金的冲击磨损行为. 在冲击过程中硬质沙粒会不断切削、挤压试样表面,造成较大的材料损失. 随着沙粒粒径的增加,磨损面积增加,冲击力峰值、磨损深度和界面的能量吸收率都呈现先增加后减小的趋势. 随着冲击次数的增加,冲击力峰值和界面能量吸收率增加,磨损加剧. 硬质沙粒冲击作用下TC4钛合金的磨损机制主要表现为沙粒棱角对试样表面的微观切削和挤压剥落.

基于电泳法的石墨烯涂层制备与摩擦学性能研究
洪红, 陈苏琳, 陈茜, 张执南, 沈彬
2018, 38(4): 391-400   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.003
[摘要](322) [HTML全文](154) [PDF 7601KB] (29)
摘要:
采用电泳沉积方法在硅基体上制备石墨烯涂层,研究了不同电压对石墨烯涂层表面形貌、微观结构与摩擦学性能的影响,并在往复式球盘摩擦磨损试验机上研究了石墨烯涂层在不同载荷(1~9 N)下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜、能谱仪、光学显微镜、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪分析石墨烯涂层的表面形貌、结构特征、磨损表面形貌及石墨烯结构成分的变化. 结果表明:石墨烯涂层可将硅基体的表面摩擦系数从0.6降至0.1;在低压(15~60 V)条件下电泳制备的石墨烯涂层具有更加致密的微观结构,表面承载能力强,减摩性能优异. 本研究中揭示了基于电泳法制备的石墨烯涂层作为固体润滑涂层应用的可行性.

含纳米介孔SiO2锂基润滑脂摩擦学与流变学性能研究
吴玄弦, 易思利, 杨宇, 侯琳熙
2018, 38(4): 401-409   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.004
[摘要](323) [HTML全文](181) [PDF 1212KB] (24)
摘要:
利用具有不同形貌和孔道结构的纳米介孔SiO2作为添加剂,制备了含纳米介孔SiO2的锂基润滑脂,采用Anton-paar NHT3 纳米压痕测试仪和Anton-paar MCR302旋转流变仪考察了纳米介孔SiO2形貌、孔道结构以及质量分数对锂基润滑脂摩擦学性能和流变学性能的影响. 结果表明:球状的纳米介孔SiO2添加剂能更有效降低锂基润滑脂的摩擦系数,增强锂基润滑脂的骨架稳定性,改善锂基润滑脂触变性,提高润滑脂的抗剪切能力以及热稳定性能. 在中低剪切速率下对流变试验数据进行拟合,提出了基于纳米介孔SiO2添加剂温度和质量分数参数的润滑脂改进型流变模型.

多相流作用下锡黄铜的空蚀-冲蚀行为
黄伟九, 何浩然, 王振国, 高丹丹, 周永涛, 王军军
2018, 38(4): 410-416   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.005
[摘要](540) [HTML全文](205) [PDF 15638KB] (23)
摘要:
采用空蚀-冲蚀联合作用试验机测试和扫描电镜(SEM)分析相结合研究了锡黄铜的空蚀-冲蚀行为,考察了水流速度和沙粒对铜合金空蚀-冲蚀行为的影响. 研究表明:锡黄铜的抗空蚀能力随水流速度增加而降低,当水流速度增加到一定值时,合金的抗空蚀能力降低幅度减缓,这归因于水流的冲击导致的材料表面硬化;通过铜合金质量损失率曲线分析可知:本文试验条件下锡黄铜在不同流速下的空蚀过程主要包含孕育期、上升期和稳定期;固体颗粒(沙粒)对锡黄铜的抗空蚀能力有不利影响,铜合金在含沙水中的质量损失显著高于同等条件自来水中,这主要是由于在空蚀过程中沙粒的冲击破坏所造成. 观察试验后样品表面形貌,发现合金表面有由空蚀/冲蚀作用所造成的唇片、凹坑和沟槽等特征形貌.

南海海洋大气环境二硫化钼纳米多层薄膜摩擦学行为研究
商克栋, 郑韶先, 鞠鹏飞, 蒲吉斌, 张广安, 王立平, 薛群基
2018, 38(4): 417-429   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.006
[摘要](320) [HTML全文](166) [PDF 2022KB] (35)
摘要:
MoS2薄膜在湿热大气环境长期存储后,由于严重的氧化导致其摩擦学性能大幅劣化,通常表现出较高的摩擦系数和较短的使用寿命. 为了改善MoS2薄膜在湿热大气环境下的抗氧化和摩擦学性能,通过非平衡闭合场磁控溅射技术制备了MoS2/Pb-Ti纳米多层薄膜,首次研究了MoS2纳米多层复合薄膜与纯MoS2薄膜在恶劣的南海海洋大气环境暴露储存6个月后的薄膜成分、摩擦学性能的衍化行为. 结果表明:与纯MoS2薄膜相比,MoS2/Pb-Ti纳米多层薄膜具有更好的抗湿热氧化性能,其摩擦学性能几乎未受到南海储存环境的影响,依然表现出较低的摩擦系数和磨损率. 借助XRD、XPS、TEM和纳米压痕硬度等分析手段发现其摩擦学性能的大幅改善是由于薄膜中大量的异质界面对其晶面结构、薄膜致密性和机械性能的改善,以及Pb/Ti金属复合相对MoS2氧化的抑制作用.

微观加工形貌对三维线接触Stribeck曲线与疲劳寿命的影响
任思, 蒲伟, 王家序, 肖科, 田兴
2018, 38(4): 430-436   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.007
[摘要](371) [HTML全文](192) [PDF 11701KB] (31)
摘要:
齿轮的传递效率和寿命与齿面成形方式紧密相关,针对圆柱齿轮常见的剃削、磨削、珩磨、抛光四种加工方式,采用三维线接触混合润滑分析模型,结合Zaretsky接触疲劳寿命计算方法,系统分析了高速到极低速工况下,界面摩擦系数对接触疲劳寿命的影响,以及不同微观加工形貌作用下三维线接触Stribeck曲线与疲劳寿命的变化规律. 研究表明:全膜润滑状态下,界面摩擦对疲劳寿命的影响较小,各类组合表面的摩擦系数基本一致,但各组合表面疲劳寿命差异较大,抛光组合表面的疲劳寿命最优;在混合润滑状态下,各类组合表面的摩擦系数变化差异明显,而相对疲劳寿命差异明显减小,其中,磨削组合表面摩擦系数较大,抛光组合表面摩擦系数最小;值得注意的是,研究表明界面摩擦系数和疲劳寿命不是表面粗糙度的简单函数,不随界面粗糙度值的大小变化而单调变化.

D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落
陶贵闯, 赵秀娟, 潘金芝, 潘睿, 任瑞铭
2018, 38(4): 437-444   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.008
[摘要](394) [HTML全文](356) [PDF 10337KB] (38)
摘要:
通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系. 结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层. 该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制. 从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1 μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10 μm. 白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.

中低压工况下几种典型油封的性能试验研究
王文强, 彭旭东, 梁杨杨, 李纪云
2018, 38(4): 445-452   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.009
[摘要](137) [HTML全文](87) [PDF 10660KB] (5)
摘要:
为考察旋转油封在中低压工况下的性能,以TC、TCG、耐压TCV、有支撑环的TCGZ四种典型在役油封为试验对象,以YH-15航空液压油为密封介质,在轴转速600~8 000 r/min、油压0~0.2 MPa的工况范围内,试验测试了上述四种油封的摩擦扭矩和摩擦界面附近轴端平面温度. 结果表明:摩擦扭矩随转速的变化规律与油封结构及油压有关;TC在中低压工况下性能欠佳,其摩擦扭矩及轴端面温度对油压的变化较为敏感;TCV的唇口短而厚,其耐压性较好,不同油压下所测性能参数较稳定;油压对TCG的摩擦扭矩及轴端面平均温度影响最大;因支撑环能承担部分油压,与TCG相比,油压对TCGZ的摩擦学性能及温度的影响明显减弱,但与TCV相比,其耐压性能仍有待提高.

盐雾腐蚀对DLC薄膜摩擦学性能的影响
王雄伟, 柴利强, 逄显娟, 王鹏
2018, 38(4): 453-461   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.010
[摘要](474) [HTML全文](537) [PDF 12185KB] (40)
摘要:
利用中频磁控溅射法分别在304不锈钢、GCr15和9Cr18 3种不同基底上沉积了Ti掺杂的含氢DLC薄膜. 并利用球-盘摩擦试验机考察了在中性盐雾试验条件下三种不同基底的DLC薄膜在经过不同时间盐雾试验后的摩擦学性能,同时分析讨论了盐雾试验后薄膜摩擦学性能产生变化的原因. 结果表明:在中性盐雾试验条件下暴露不同时间后,样品的耐腐蚀性能与基底材料一致;盐雾试验后沉积在三种不同基底上的薄膜跑合时间均明显增大并且GCr15基底的薄膜增长最明显;盐雾试验前后304不锈钢基底薄膜的摩擦寿命几乎没有变化而GCr15和9Cr18基底的薄膜由于发生腐蚀其摩擦寿命大幅降低约50%.

高速列车车轮踏面磨耗预测方法的研究
王雪萍, 张军, 马贺
2018, 38(4): 462-467   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.011
[摘要](122) [HTML全文](84) [PDF 850KB] (5)
摘要:
高速铁路的发展满足日益增长的运输需求,同时带来了轮轨型面磨损问题. 通过磨耗预测模型对车轮踏面磨耗量进行预测,及时对磨损的车轮踏面进行镟修,对于列车安全运行具有重要意义. 通过建立轮对-钢轨三维有限元模型进行接触计算,提出一种基于有限元算法的摩擦功计算方法,即接触节点的摩擦功等于接触摩擦力与节点相对位移的乘积,实现车轮踏面磨耗预测. 通过接触计算,发现接触斑中心处的接触摩擦力较大,相对位移量较小,摩擦功较小;将接触斑摩擦功叠加得到车轮踏面摩擦功,数值曲线呈中部大边缘小,且随牵引力的增大而增大;通过动力学计算,发现列车在直线钢轨运行初期的车轮横移量近似呈正态分布;对列车在直线钢轨上运行不同里程的车轮踏面进行磨耗预测,发现预测型面与实测型面具有相同的磨耗趋势,即车轮名义滚动圆处磨耗最严重,且磨耗宽度随列车运行里程增加而逐渐增大;应用有限元法计算磨耗功并预测车轮踏面磨耗,具有一定的研究意义和实用价值.

老化状态下的UHMWPE干摩擦行为研究
常铁, 袁成清, 郭智威
2018, 38(4): 468-477   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.012
[摘要](319) [HTML全文](394) [PDF 1297KB] (48)
摘要:
利用CBZ-1摩擦磨损试验机对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在老化状态下的干摩擦性能进行分析与研究.考察了试样在不同老化状态的硬度及不同滑动速度下所产生的摩擦热,利用扫描电镜(SEM)观察了试样的磨损形貌,通过表面轮廓仪分析对偶件的表面粗糙度,探讨了不同老化状态试样的磨损机理. 结果表明:老化对不同分子量UHMWPE干摩擦性能产生了明显的影响;随着老化温度的升高及老化时间的延长,UHMWPE干摩擦性能逐渐恶化;在一定的老化状态下,高转速所产生的摩擦热会进一步加剧UHMWPE摩擦性能的恶化;在40 ℃,60 ℃以及120 h,240 h的老化条件下UHMWPE磨损机制以疲劳磨损与磨粒磨损为主. 在80 ℃以及480 h,600 h的老化条件下,磨损机制主要是黏着磨损与疲劳磨损.

表面修饰油溶性BaSO4@SiO2-OTMS纳米微粒的制备及作为油基钻井液添加剂的研究
崔露, 杨广彬, 张平余, 余来贵, 张晟卯
2018, 38(4): 478-485   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.013
[摘要](369) [HTML全文](162) [PDF 1273KB] (21)
摘要:
采用原位表面修饰和溶胶-凝胶法制备了十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)修饰的油溶性BaSO4@SiO2-OTMS纳米微粒;利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪分析了产物的形貌及结构,采用热分析仪评价了其热稳定性,用往复摩擦磨损试验机和六速旋转黏度计研究了产物对油基钻井液润滑性能及流变性能的影响. 结果表明:所制备的BaSO4@SiO2纳米微粒由直径为30 nm的BaSO4内核和厚约8 nm的SiO2外壳组成,经OTMS修饰后,BaSO4@SiO2-OTMS纳米微粒在液体石蜡中具有良好的分散稳定性. 与此同时,BaSO4@SiO2-OTMS纳米微粒作为添加剂可以降低油基钻井液的流动阻力,减轻钻头磨损,提高钻井速度. 当添加剂浓度较低时,随着添加剂含量的增加,油基钻井液的黏度降低;当添加剂质量分数为0.8%时,钻井液的黏度以及钢球-页岩摩擦副的摩擦系数和页岩磨痕宽度最小.

边缘效应对织构化Si-DLC膜油中摩擦学性能的影响
吴行阳, 阮敬杰, 葛宙, 杨义, 曹允, 张建华
2018, 38(4): 486-492   doi: 10.16078/j.tribology.2018.04.014
[摘要](315) [HTML全文](161) [PDF 1438KB] (37)
摘要:
引起边缘应力集中的边缘效应是影响边界润滑条件下织构材料摩擦学性能的重要因素之一. 本文中采用激光加工、电化学和机械抛光的方法在不锈钢表面制备了边缘未修形和修形凹坑织构,在此基础上采用溅射/射频化学气相沉积技术沉积了Si-DLC膜,研究了边缘修形对织构化薄膜在油中摩擦学性能的影响. 基于有限元方法分析了加载条件下凹坑织构接触界面的应力分布,考察了修形对边缘效应的影响. 结果表明:边缘修形可大幅降低凹坑织构化薄膜与不锈钢对偶球配副间的摩擦以及对偶的磨损. 织构的摩擦学性能与边缘效应呈正相关关系,边缘修形可使凹坑边缘的最大接触应力降低30%左右,有利于缓和凹坑边缘的刮擦作用从而降低织构材料的摩擦磨损.

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