混合润滑状态下织构滑动轴承润滑与磨损耦合演化机制

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滑动轴承是用来支撑轴及其它回转零件的一种重要部件。表面织构作为降低摩擦副表面摩擦磨损、提高润滑性能和磨损性能的有效方法,近年来受到了国内外学者的广泛关注。目前针对表面织构化滑动轴承的润滑与磨损耦合演化机制的理论研究较少,本文基于理论分析和试验研究,对织构化滑动轴承摩擦学特性进行分析,研究滑动轴承润滑与磨损耦合演化机制,得到对织构化滑动轴承减摩设计值得借鉴的研究结果。首先,基于统计学模型在考虑轴瓦粗糙表面、弹性变形的情况下建立织构化轴承混合润滑稳态模型,通过数值计算分析,研究表面织构深度、织构半径及织构面积率对滑动轴承在不同偏心率下润滑特性的影响。随着偏心率增加对应的最优织构深度和织构半径有增大的趋势;较大的织构面积率有利于改善滑动轴承润滑性能。在稳态模型基础上,建立瞬态混合润滑模型,基于Archard磨损模型建立织构化轴承润滑与磨损的耦合模型,通过有限差分法和牛顿下山法对模型进行数值计算分析,研究在不同工况下表面织构深度、织构半径及织构面积率对滑动轴承磨损特性的影响。结果表明,在磨损过程前期,表面织构会造成轴承承载性能降低,增大磨损,随着滑动轴承进一步磨损(过了磨合期),表面织构可以起到良好的减磨作用,较低的表面粗糙度织构减磨效果更显著;随着转速增加对应的最优织构深度和织构面积率有增大的趋势。结合数值计算结果,设计摩擦磨损试验,并进行试件表面激光织构加工,研究混合润滑状态下织构参数及工况参数对滑动轴承摩擦学特性的影响,并探讨摩擦磨损机理。较大的织构深度和织构面积率在摩擦初始阶段,摩擦润滑效果相对较差,过了磨合期后织构表面起到良好的减磨效果;在低速重载条件下,试件N3(织构半径为150μm,织构深度20μm,织构面积率20%)的减磨效果最为佳,能够有效降低摩擦副表面的磨粒磨损和粘着磨损。最后,通过试验得到织构滑动轴承Stribeck曲线,并分析润滑状态的转化过程。给出润滑与磨损耦合演化的特征参数,通过数值计算得到织构参数对润滑与磨损耦合演化的影响,并对润滑与磨损耦合演化过程进行讨论。结果表明,表面织构有利于混合润滑向动压润滑转化,且存在最优织构参数(织构深度为20μm,织构半径为200μm,织构面积率为20%)。
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