《高副表面微織構的潤滑機理和減摩設計方法研究》是依託北京理工大學，由王文中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高副表面微織構的潤滑機理和減摩設計方法研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：王文中
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
表面微織構和紋理化被認為是一種非常有前途的有效改進零件摩擦學性能的手段，近年受到廣泛關注。本申請項目旨在研究高副接觸表面微織構的潤滑、減摩機理及相關的基礎問題，著重進行以下研究：（1）在全潤滑域進行微織構表面實驗研究，探索其對潤滑、摩擦的影響規律；（2）構建多因素耦合的潤滑接觸摩擦模型，探索其高效高精度的數值求解算法；發展全潤滑域的摩擦力統一預測模型；揭示潤滑區內表面微特徵間氣穴效應對潤滑摩擦性能的影響規律和機理。（3）基於實驗研究和理論模型在全潤滑域內揭示微織構表面的潤滑、摩擦機理，進而闡明表面微織構和紋理的減摩機制；（4）建立微織構表面的全潤滑域減摩設計方法。研究成果將為微織構表面的最佳化設計和套用提供理論基礎，並滿足製造業對減摩技術的需求，例如為提高能源利用效率，設計節能機械等提供有效的技術和方法。
結題摘要
能源緊缺和日益枯竭已成為全球性的危機，通過減小摩擦實現節能成為摩擦學界面臨的重要任務。表面微織構被認為是一種非常有前途的有效改進零件摩擦學性能的手段受到越來越多的關注。目前表面微織構的研究主要以機械密封等低接觸壓力副為主要研究對象，針對點線接觸等高副研究相對較少。本項目主要針對滾動軸承和齒輪副等典型高壓力接觸副開展表面微織構的潤滑機理和減摩設計方法研究。通過本項目的研究，首次建立了考慮供油量和接觸區氣穴效應的多因素耦合潤滑接觸分析模型，模型可較全面的研究不同因素包括表面粗糙度、表面織構、供油條件以及接觸區局部氣穴效應等對摩擦副潤滑性能的影響規律，揭示其內在機理。在採用實驗標定潤滑劑流變參數的基礎上，基於建立的多因素耦合潤滑接觸分析模型，系統研究了不同供油條件下不同形式的表面微織構對潤滑接觸性能影響的機理，探索了實現減摩效果的最優微織構分布和形狀。數值模擬和實驗研究結果表明：（1）入口供油層厚度顯著影響接觸區油膜膜厚，隨入口油層厚度減小，接觸區油膜厚度顯著減小，壓力接近Hertz壓力分布；入口供油量存在最佳化值；（2）接觸區入口供油條件顯著影響潤滑接觸性能，入口供油層的變化將導致接觸區膜厚和壓力的顯著波動；（3）表面微織構可以改善接觸區內的潤滑性能，但在穩態工況和瞬態工況下呈現不同的規律。穩態時，供油越充分，越能發揮微織構改善潤滑的優勢。而瞬態時，乏油程度越嚴重，表面微織構改善潤滑的能力越大；（4）微織構導致接觸副摩擦係數產生周期波動，高副接觸下微織構的減摩機理主要是在接觸區形成了局部膜厚增大區，局部膜厚增大區主要是潤滑油的卷吸和壓力流動的聯合作用所形成，而微織構作為儲油池在接觸區的擠壓變形在一定程度上也有貢獻。（5）微織構結構參數顯著影響減摩效果，對於三角形和矩形等形狀的微織構，其最佳化的深度和面積比分別為10~15μm、10%左右，較大的微坑效果較好；（6）存在最佳化的微織構分布，對於矩形微織構，最優分布為垂直於運動方向的寬度接近Hertz接觸直徑，而橫向寬度和間隙比接近黃金分割比例。本項目發展的考慮供油條件和局部氣穴等因素的潤滑分析模型為高副接觸潤滑機理和性能的分析提供了有力的工具，而微織構減摩效應的系統研究則為該類研究提供了基礎分析實驗數據，有助於對表面微織構減摩機理的深入理解。
