表面微观拓扑形貌对油润滑特性的影响研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pzl_530
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为减少摩擦磨损带来的能源消耗和经济损失,表面织构化工艺应运而生。粗糙表面可以改变接触表面润滑状态,改善摩擦副润滑效果以减少磨损。本文应用计算流体动力学方法,首先对表面织构的动压润滑效应进行计算流体动力学仿真分析,研究织构形貌参数对摩擦副润滑特性的影响。其次,研究了周期性微织构和随机粗糙复合表面的润滑特性。最后,通过摩擦磨损实验研究了织构化表面以及随机粗糙表面的摩擦学性能,并对磨损后表面形貌和磨损量进行表征。为研究动压润滑条件下织构表面的润滑特性,建立不同形貌参数织构表面的动压润滑模型并进行流体动力学仿真分析。研究发现空化效应是提升油膜负载能力的重要因素,较强的空化效应使流体动压效应更加明显,提升油膜承载。承载力和摩擦力随滑动速度(0.5~10m/s)的增加而增大,较高的上壁面运动速度可以提升润滑效果。织构表面的摩擦学性能受到织构形貌参数的显著影响。当选取合适的织构深度比(H为1)和织构宽度比(W为0.4)时,流场内形成了具有较高负载能力的动压润滑,提高油膜承载。在提升油膜承载和降低摩擦系数方面,梯形织构优于其他形状织构模型。当两织构间距足够小时,前后织构相互影响,存在织构间距300μm使润滑效果更好。另一方面,通过流体动力学仿真得到不同形貌参数粗糙峰下微纳复合织构表面动压润滑模型的润滑特性。结果表明具有不同形状周期性粗糙峰的微纳复合织构表面润滑效果最优的粗糙峰尺寸参数不同。其次对具有不同均方根值σ随机粗糙复合表面进行流体动力学仿真,探究粗糙峰均方根值σ(0.2~1.5μm)对摩擦副润滑特性的影响。均方根值σ为1时的随机粗糙复合表面润滑效果最佳。摩擦磨损实验中,存在最优织构深度、宽度使摩擦副润滑效果最佳,但并不是所有尺寸参数的织构都可以达到减磨润滑的效果。仅有粗糙峰表面(Ra0.5~2.4)的润滑效果均优于光滑对照组。Ra1.9、Ra2.4的铣削表面,其磨痕宽度(375.3μm、400.6μm)明显大于其他粗糙表面(磨痕宽度约为250.4μm至312.4μm)。
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