織構化粗糙表面的減摩機理與潤滑計算模型研究

《織構化粗糙表面的減摩機理與潤滑計算模型研究》是依託中國礦業大學，由朱華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：織構化粗糙表面的減摩機理與潤滑計算模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱華
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

摩擦表面的織構和表面粗糙度對表面的潤滑減摩抗磨性能都具有重要影響。為了全面認識和掌握織構化表面潤滑減摩的機理和規律，提出表面織構減摩抗磨控制與最佳化設計理論和方法，採用理論與試驗相結合的方法開展對織構化粗糙表面減摩機理與潤滑計算模型的系統、深入研究。模擬不同工況條件，對不同特徵的織構表面進行潤滑和磨損試驗，研究不同織構表面的潤滑機理與磨損行為規律；對由人工織構與表面機加工粗糙紋理共存的織構化粗糙表面，與光滑織構化表面進行對比研究，研究表面粗糙度對不同織構表面潤滑與磨損行為的影響，研究織構化粗糙表面的潤滑機理與磨損行為規律；通過表面織構的潤滑磨損試驗和理論研究，揭示織構化粗糙表面的接觸力學行為、摩擦機制、潤滑狀態和機理等，建立織構化粗糙表面的潤滑計算理論模型，提出織構化粗糙表面的潤滑減摩理論；進而提出具有高潤滑抗磨性能的表面織構參數選擇和最佳化設計方法，為摩擦副表面織構的設計套用提供理論指導。

結題摘要

為了深入研究表面織構的減摩規律，尋求具體工況和潤滑條件下的最優織構參數，分別進行了如下研究，得到了對摩擦副表面織構的減摩設計具有參考意義的研究結果：（1）通過套用Fluent軟體對N-S方程進行計算流體動力學求解，研究了織構表面在流體潤滑狀態下的摩擦學特性。結果表明：當l/h0＜46時，必須採用N-S方程進行織構表面的理論建模；當l/h0≥46時，可以採用Reynolds方程建立流體潤滑條件下的潤滑計算模型。（2）建立了橢圓形截面織構的最優參數設計模型，並對其進行了試驗驗證和機理分析。最優織構直徑和最優織構深度之間存在一定的對應關係，最優織構直徑越大，其對應的最優織構深度也越大；深徑比參數不能作為織構尺寸參數對摩擦係數影響的唯一表征，但不論織構深度和直徑如何，當織構深徑比在0.005-0.01之間時，對應的摩擦係數均較小。（3）獲得了不同凹痕方向與運動方向夾角試件的摩擦係數隨滑動速度與載荷的變化規律。在往復運動條件下，當凹痕方向與運動方向夾角為60度時，凹痕織構具有最優的減摩效果；在旋轉運動條件下，所研究的混合角度具有最優的減摩效果。（4）對較複雜的變面積比織構表面以及雙織構表面進行了試驗研究，結果表明：變面積比織構表面在重載高速的場合能夠有效提高往復運動摩擦副的減摩性能；雙織構表面與無織構表面下的摩擦係數相比差別不大，其並不能有效提高摩擦副的減摩性能。（5）與巨觀凹坑織構相比，表面粗糙度實際上是微觀的表面織構，對油膜承載能力有著不可忽略的影響，因此織構化粗糙表面的摩擦學性能是表面織構、表面粗糙度及兩者相互作用的綜合表現。（6）針對缸套活塞環的具體工況，建立了缸套表面織構的數學模型，並計算了不同速度下的動壓承載能力和油膜厚度，得到了最優織構參數範圍。結果表明：分區域變參數織構比不分區域單一參數織構得到的動壓承載能力更強。