摩擦副表面织构特征对润滑特性影响规律的研究

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全球有1/3的一次能源是由于摩擦消耗的,约2/3的机械设备失效是由于磨损造成的。如何减少摩擦副之间的摩擦磨损在提高能效和延长机械设备寿命方面具有重要的意义。近年来的研究表明,摩擦副表面的织构可以有效改善润滑性能,然而究竟什么样的织构形式及几何尺寸最有效仍然缺乏系统的研究。本课题研究了在流体润滑及混合润滑状态下表面织构形式和几何特征影响摩擦副润滑特性的规律,揭示了织构影响润滑性能的机理,对指导织构加工设计具有理论意义和实用价值。  本文在计算流体力学理论的基础上,利用Fluent软件仿真,研究了流体润滑状态下织构参数对润滑油膜动压特性的影响规律;通过编程求解平均雷诺方程,分析了在混合润滑状态下粗糙度参数以及织构参数与摩擦副间润滑特性的关系。  仿真和数值计算结果表明,在流体动压润滑状态下,矩形截面的织构具有较好的动压承载能力;织构的最优面积率与油膜厚度和织构深度的比值有关,比值越大,织构的最优面积率就越小;在一定范围内,随着织构半径的增大,动压承载能力提高;而最优织构的深度应与油膜厚度相当。对于混合润滑状态,随着综合粗糙度和方向参数的增大,承载能力也随之提升;综合粗糙度越大,则摩擦力越大;方向参数增大,则摩擦力变小;织构最优半径不随方向参数的变化而变化;在不同的综合粗糙度下,均存在最优的织构半径使得摩擦系数最小,而且随着综合粗糙度的增大,最优织构半径的尺寸也随之增大。
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