仿生微织构对滑动轴承摩擦磨损性能的影响研究

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近年来,表面微织构作为一种可以显著改善表面摩擦学性能的方法得到了国内外学者的广泛关注,成为当前摩擦学领域研究的热点方向之一。为了最大程度改善滑动轴承的摩擦性能,本文采用理论计算、仿真模拟及实验测试的方法,研究微织构密度、尺寸、形状、深度及排列方式等参数对滑动轴承的油膜承载性能、油膜压力分布情况、轴承磨损情况的影响规律。首先,基于Reynolds方程在流体动压润滑条件下建立微织构滑动轴承数学模型和微织构单元数学模型,通过改变微织构尺寸、深度、形状及排列方式,研究微织构形貌参数对滑动轴承及微织构计算单元油膜润滑性能的影响,研究表明合适的微织构形状参数可以有效提高滑动轴承润滑性能。其次,通过Fluent软件建立微织构滑动轴承和微织构单元仿真模型,分析微织构形状参数对油膜压力云图的影响规律,同时验证数值计算结果的正确性。结果表明,微织构尺寸、深度、形状及排列方向对油膜的润滑性能产生影响,当微织构深度过大时容易产生涡旋现象,对油膜的动压效应产生不利影响;当微织构长边方向与摩擦副运动方向一致时,润滑效果更优,与数值计算结论一致。然后,以Reynolds方程为基础,在考虑轴承表面粗糙度、弹性变形及磨损变形等参数的影响情况下,建立微织构滑动轴承数学模型,分析不同载荷条件、微织构尺寸及仿生微织构形状对磨损量及磨损比例的影响规律。结果表明,表面微织构适合应用在轻载工况条件下,在微织构形状为长轴垂直于轴承轴向时的仿鱼形和仿象鼻虫表面以及长轴平行于轴承轴向时的仿林蛙脚趾时,滑动轴承的磨损量最小。最后,采用光纤激光打标机在摩擦试件表面加工微织构,通过改变加工参数和加工工艺,分析微织构形貌变化规律,寻找效果较好的加工方式。采用万能摩擦磨损试验机研究微织构形状在不同润滑条件及不同摩擦副材料条件下,摩擦系数及磨损形貌变化情况,并且与理论结果和仿真结果进行对比,进一步说明微织构参数合理选择对提高滑动轴承润滑性能,降低运转过程中的摩擦系数具有重要影响。
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