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旋转圆盘表面油膜破碎转捩临界特性分析
陈薄, 王鼎铭, 古忠涛
2018, 38(5): 493 -500   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.001
[摘要](126) [HTML全文](80) [PDF 829KB] (9)
摘要:
高速滚动轴承内圈和保持架等旋转运动件表面润滑油膜的流动铺展以及破碎为油带和油矢的特性决定着轴承的润滑与冷却状态. 在获得轴承旋转运动件拓扑结构—旋转圆盘表面油膜稳态流动特性的基础上,利用力学平衡和液体表面波不稳定破碎理论,建立表面油膜破碎转捩为油带和油矢的临界特性分析模型,分析和探讨了表面油膜的稳态流动特性以及供油量和润滑油物理特征参数对油膜破碎转捩临界特性的影响. 结果表明:表面油膜沿着圆盘径向逐渐变薄,因与圆盘表面存在滑移现象,其流动速度也随之减小;表面油膜破碎的临界波数和临界半径随着圆盘转速的增高而增大,临界厚度则随之减小;表面油膜破碎的临界半径和临界厚度随着润滑油供油量的增加而增大;增大润滑油密度,将延缓表面油膜破碎,破碎临界半径增大,临界厚度减小;增大润滑油的黏度和表面张力系数将促进表面油膜破碎,破碎临界半径减小. 与相关的试验结果对比验证了理论分析方法的正确性和可靠性.

菱形颗粒冲蚀磨损特性试验及仿真研究
杜明超, 李增亮, 董祥伟, 范春永, 刘斌, 车家琪
2018, 38(5): 501 -511   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.002
[摘要](152) [HTML全文](86) [PDF 1673KB] (23)
摘要:
本文中针对单个硬质角形颗粒冲击金属材料表面的过程,设计了弹射试验装置,研究菱形颗粒冲击行为及冲蚀机理. 采用高速摄像机,捕捉不同冲击速度vi、冲击角度αi和方位角度θi下颗粒的运动轨迹. 建立了基于拉格朗日法的FEM-SPH耦合数值计算模型,借助于模型进一步分析了角形颗粒的运动学行为和变形凹坑形态. 结果表明:冲击角α和方位角θ是决定颗粒旋转的关键因素,在某一固定冲击角αi下存在一个临界方位角θcri,当θi<θcri时颗粒冲击后发生前旋旋转,当θi>θcri时颗粒冲击后发生后旋旋转;冲击诱导的颗粒旋转对冲蚀机理的影响较大,颗粒前旋旋转对金属材料产生“耕犁”作用,后旋旋转对金属材料产生“撬起剔除”作用. 颗粒的动能损失受到冲击角αi和方位角θi的影响较大,临界方位角θcri下颗粒的动能损失最大,凹坑变形最严重.

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
2018, 38(5): 512 -520   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.003
[摘要](145) [HTML全文](96) [PDF 1321KB] (7)
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,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.

不同润滑介质下食管组织的摩擦特性研究
李凯, 林承雄, 李炜, 周仲荣
2018, 38(5): 521 -527   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.004
[摘要](97) [HTML全文](49) [PDF 1134KB] (6)
摘要:
本文中模拟胃镜检查中胃镜前端进入食管的过程,研究了不同润滑介质(盐酸利多卡因、生理盐水、人工唾液、人工胃液)对胃镜绕管和食管黏膜界面减摩作用的影响. 结果表明:胃镜绕管与食管黏膜组织界面之间存在典型的黏-滑摩擦状态,摩擦力由黏着摩擦部分和变形摩擦部分组成,润滑介质通过改善界面间的润湿性可改变其黏着状态;不同润滑介质的润滑效果与介质的物理特性有关,盐酸利多卡因由于与绕管的接触角、表面自由能和粘附功较小,改善了界面间的润湿性,因此降低了界面间的摩擦阻力和摩擦系数,而人工胃液的作用正好相反. 研究结果为胃镜诊疗中润滑介质和内窥镜绕管的研制提供了理论依据.

三种典型船舶轴承复合材料的物理性能对摩擦学行为的影响研究
刘书天, 董从林, 袁成清, 杨志勇, 吴宇航
2018, 38(5): 528 -536   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.005
[摘要](126) [HTML全文](63) [PDF 1060KB] (15)
摘要:
船舶轴承内衬复合材料的摩擦磨损往往伴随微纳接触界面材料的拉伸、撕裂、剥落和温升等物理行为,其物理性能对其摩擦学性能有重要影响. 本文中检测了三种典型船舶轴承复合材料(塑料聚合物、赛龙合成橡胶和铁犁木材料)的拉伸强度、撕裂强度、热变形温度和亲水性,通过在RTEC多功能摩擦磨损试验机上考察了三种材料的摩擦磨损行为,并用激光共聚焦显微镜(CLSM)和扫描电镜(SEM)观察了试样磨损形貌,讨论了三种复合材料的典型物理性能对其摩擦磨损行为的影响规律. 结果表明:良好的撕裂强度和拉伸强度、较高的热变形温度使得赛龙材料具有良好的耐磨损性能;具有优异亲水性的铁犁木材料在水润滑条件下具有极低的初始滑动摩擦系数. 研究结果可为选择和设计船舶轴承复合材料摩擦配副提供指导依据.

三角沟槽形织构化硬质合金工作表面动压润滑及减摩特性
鹿重阳, 杨学锋, 王守仁, 王砚军, 吴元博, 陈海龙
2018, 38(5): 537 -546   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.006
[摘要](106) [HTML全文](54) [PDF 4460KB] (8)
摘要:
采用飞秒激光加工技术在YT15硬质合金表面制备三角沟槽形微织构,按照面积占有率分别为5.05%、9.5%、13.02%和15.2%,制备出四种不同试样,并在MMG-10多功能摩擦磨损试验机上对织构化YT15硬质合金表面的摩擦副进行不同面积占有率下的对比试验,借助扫描电子显微镜分析工作表面的显微结构及形貌,进一步探究微织构致密度对工作表面摩擦磨损性能的影响.结果表明:相比于未织构化试件,具有一定面积占有率的三角沟槽形微织构有助于提高YT15硬质合金表面的摩擦性能,且面积占有率为9.5%时所产生的流体动压润滑效果最为显著.

聚四氟乙烯/聚苯硫醚织物自润滑关节轴承的摩擦学性能
邱明, 周占生, 周大威, 杜辉
2018, 38(5): 547 -553   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.007
[摘要](108) [HTML全文](51) [PDF 948KB] (5)
摘要:
制备了两种聚四氟乙烯(PTFE)/聚苯硫醚(PPS)织物衬垫自润滑关节轴承. 在径向载荷为35 kN,摆动频率为2.5 Hz工况下,利用关节轴承试验机对其摩擦学性能进行了研究. 采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对其摩擦面的微观形貌和磨损机理进行了研究. 结果表明:PTFE/PPS短纤维关节轴承表现出良好的摩擦学性能,其耐磨性和PTFE转移膜面积比PTFE/PPS长丝纤维关节轴承高22.9%和69.7%. PTFE/PPS短纤维关节轴承的磨损机理主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损,PTFE/PPS长丝纤维关节轴承的磨损机理主要为严重的黏着磨损和磨粒磨损.

乳化液环境中WC/a-C:H薄膜摩擦行为的研究
孙尚琪, 王永欣, 路小江, 刘翔, 李金龙, 王立平
2018, 38(5): 554 -561   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.008
[摘要](124) [HTML全文](63) [PDF 995KB] (11)
摘要:
采用等离子体增强化学气相沉积复合磁控溅射法制备了WC/a-C:H薄膜. 使用X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和透射电镜表征了薄膜结构和组成,并使用球盘往复摩擦试验机测试薄膜在不同体系乳化液环境中的摩擦学性能. 结果表明:WC/a-C:H薄膜具有典型的类金刚石结构,WC以β-WC1-x相的形式存在. WC在碳基薄膜中的掺杂使WC/a-C:H薄膜的硬度和弹性模量分别变化至11和140 GPa. 油膜、水膜与转移膜的协同润滑效应能够提升其耐磨能力. 适宜的浓度配比和薄膜表面石墨化程度是影响摩擦的关键因素.

镍基自润滑涂层的摩擦学性能
孙洋, 李文生, 胡伟, 杨军, 朱圣宇, 范祥娟
2018, 38(5): 562 -569   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.009
[摘要](137) [HTML全文](67) [PDF 1070KB] (11)
摘要:
镍基自润滑复合粉末(NiCrMoAl-Ag-BaF2/CaF2)采用高能球磨结合喷雾造粒法制备,镍基自润滑涂层利用等离子喷涂技术制备. 涂层摩擦磨损性能利用HT-1000型销-盘摩擦试验机在不同摩擦速度(0.2~1.0 m/s)及不同试验温度(25~800 ℃)条件下测试. 涂层微观组织、物相组成及摩擦磨损机理利用SEM、EDS和Raman等表征分析. 结果表明:在25 ℃到800 ℃,涂层的摩擦系数随着温度的增加呈先增加后降低的趋势,400 ℃时摩擦系数达到最高值0.37;800 ℃时摩擦系数降至最低值0.17. 涂层摩擦系数随摩擦速度的增加呈现先降后增的趋势,0.8 m/s时摩擦系数最低,约在0.17~0.29范围内;1.0 m/s时摩擦系数升高至0.20~0.27范围内. 涂层优异的自润滑性能得益于软金属Ag的低剪切性,以及600~800 ℃范围内BaF2/CaF2、Ag与钼酸盐、铬酸盐等高温产物的协同润滑效应.

NiAl-TiO2/Bi2O3纳米复合涂层制备及宽温域摩擦磨损性能
王新鹏, 易戈文, 贾均红, 李建明
2018, 38(5): 570 -576   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.010
[摘要](154) [HTML全文](92) [PDF 952KB] (8)
摘要:
采用等离子喷涂(APS)技术制备NiAl-TiO2/Bi2O3纳米复合涂层,通过高能球磨及喷雾造粒制备TiO2/Bi2O3纳米复合喂料,考察纳米结构TiO2/Bi2O3的不同配比对复合涂层显微结构、力学及摩擦磨损性能的影响. 结果表明:复合涂层组织致密,各相分布均匀,采用TiO2/Bi2O3纳米复合喂料使涂层呈现出典型的双态区域,涂层结合强度均高于40 MPa. 单纯TiO2纳米喂料制备的复合涂层中低温摩擦磨损性能较差,TiO2/Bi2O3的复配改善了涂层中低温的塑性和摩擦学性能,并提高了涂层的高温润滑性能,其复合涂层磨损率均低于7×10-5 mm3/(N·m),摩擦系数在800 ℃时可低至0.1左右,但过高的Bi2O3含量会导致涂层硬度降低,磨损率增加. 高温摩擦促进了Bi4Ti3O12、NiTiO3等三元氧化物润滑相的生成,其与TiO2、NiO在磨损表面形成光滑连续的摩擦层使涂层具有优异的高温摩擦学性能.

不同速度及载荷作用下焦粉润滑特性的试验研究
向瑾, 孙桓五, 孙乃鑫, 孟爽
2018, 38(5): 577 -583   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.011
[摘要](158) [HTML全文](96) [PDF 2661KB] (15)
摘要:
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.

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
2018, 38(5): 584 -594   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.012
[摘要](208) [HTML全文](130) [PDF 4011KB] (14)
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.

双咪唑阳离子结构离子液体的高温摩擦学性能研究
于波, 崔逸飞, 伍根生, 刘志鲁, 刘旭庆, 陈刚
2018, 38(5): 595 -600   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.013
[摘要](122) [HTML全文](75) [PDF 589KB] (6)
摘要:
合成了含有双咪唑阳离子结构的离子液体1,6-二(3-己基咪唑)亚己基六氟磷酸盐,测定了其黏度和密度;采用钢/锡青铜摩擦副,在SRV摩擦磨损试验机上评价了该离子液体的摩擦磨损性能,并添加苯并三氮唑抑制摩擦过程中的腐蚀作用;采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析锡青铜表面磨斑处的表面形貌和化学状态. 结果表明:苯并三氮唑能够抑制双咪唑阳离子六氟磷酸盐的黏着磨损和摩擦腐蚀,摩擦副表面与离子液体在摩擦化学反应中形成含有Cu2O和CuO的边界润滑膜.

湿度对MoS2-Au/SiCH复合润滑体系摩擦行为的影响
张灿, 胡明, 剡珍, 伏彦龙, 姜栋, 王德生, 王琴琴, 高晓明, 翁立军
2018, 38(5): 601 -608   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.014
[摘要](133) [HTML全文](82) [PDF 1207KB] (6)
摘要:
本文中采用球-盘摩擦试验机重点考察了射频溅射沉积的MoS2-Au薄膜与SiCH润滑油构成的固体-液体复合润滑体系在潮湿环境中的摩擦行为. 结果表明:MoS2-Au/SiCH复合润滑体系在潮湿环境中表现出了良好的协同润滑效应,其在25 ℃时50%和70% RH湿度条件下具有较低的摩擦系数和磨损率. 拉曼光谱和红外光谱的分析结果证实在摩擦接触区域没有发生摩擦化学反应. 为此,我们提出了一个由于水在MoS2表面吸附而在摩擦接触区域形成MoS2-H2O-SiCH结构的模型,用以解释MoS2-Au/SiCH复合润滑体系在高湿环境中以及在循环湿度条件下的摩擦响应行为.

双矩形腔静压滑动轴承高速时的油膜润滑特性
张艳芹, 张志全, 冯雅楠, 孔鹏睿, 孙吉昌, 孔祥滨
2018, 38(5): 609 -618   doi: 10.16078/j.tribology.2018.05.015
[摘要](152) [HTML全文](85) [PDF 1111KB] (14)
摘要:
针对静压轴承运行过程中因工作转速(尤其是较高转速)的变化和内部流体受压摩擦发热导致油膜变薄,进而影响机械加工精度和运行可靠性的问题,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜润滑特性. 该研究方法针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,建立了轴承油膜润滑特性理论分析模型,采用C语言编辑了用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,利用有限体积法仿真分析了该型号轴承在80、100、120、140、160、180和200 r/min高转速下的油膜动态性能,揭示出高转速下膜厚变化对油腔温度、压力、流速、封油边处流量的影响规律. 最后,通过设计试验测试了一定载荷下不同转速时的油膜厚度、油腔压力和温度的变化,并对理论分析和仿真模拟加以验证. 研究发现,高速下的静压轴承随着油膜厚度减小,油膜温度升高加快,其黏度下降导致高速运转下润滑油变稀,形成的动压不足以补偿压力损失的压降,导致低膜厚下工作转速升高油腔内压力值反而有所降低.

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