流體潤(rùn)滑狀態(tài)下織構(gòu)化表面的摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、摩擦學(xué)(Tribology)涵蓋了潤(rùn)滑、摩擦以及磨損三方面知識(shí),其主要以兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體表面為研究對(duì)象。節(jié)能、節(jié)材、提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命以及增加機(jī)械設(shè)備的可靠性是摩擦學(xué)研究的終極目標(biāo)。近年來(lái),表面織構(gòu)被作為一種改善摩擦學(xué)性能的方法受到廣大學(xué)者追捧,其定義為在摩擦副表面加工出具有一定規(guī)則和排列方案的介、微觀結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步深入了解流體潤(rùn)滑狀態(tài)下表面織構(gòu)的潤(rùn)滑減摩機(jī)理以設(shè)計(jì)出最優(yōu)的表面織構(gòu)模型,本文將對(duì)織構(gòu)化表面的摩擦學(xué)性能做

2、如下研究:
　　第一,建立了非對(duì)稱性凹槽織構(gòu)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型,利用商業(yè)軟件FLUENT對(duì)其進(jìn)行求解,模擬分析了凹槽織構(gòu)非對(duì)稱參數(shù)H以及雷諾數(shù)Re對(duì)油膜承載的影響。模擬結(jié)果表明:當(dāng)凹槽織構(gòu)的幾何形狀呈現(xiàn)非對(duì)稱性時(shí),油膜承載與凹槽織構(gòu)的非對(duì)稱性參數(shù) H在低雷諾數(shù)下表現(xiàn)出很強(qiáng)的依賴關(guān)系,隨織構(gòu)非對(duì)稱性參數(shù) H的減小而增大,如雷諾數(shù)Re=20,H從4減小到0.2,油膜承載增加了73.44％。然而此種作用伴隨雷諾數(shù)的增加逐漸減

3、弱,如雷諾數(shù)Re=160,H從4減小到0.2,油膜承載僅增加了4.68%。另外,雷諾數(shù)對(duì)油膜承載有較大影響,隨雷諾數(shù)Re的增大,油膜承載幾乎單調(diào)遞增。
　　第二,針對(duì)摩擦副表面,近年來(lái)有實(shí)驗(yàn)證明在其上加工部分表面織構(gòu)比充滿織構(gòu)的摩擦副表面能更進(jìn)一步改善摩擦學(xué)性能。因此,利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模型模擬研究了部分表面凹槽織構(gòu)的動(dòng)壓潤(rùn)滑性能,詳細(xì)分析了表征部分凹槽織構(gòu)在摩擦副表面排列布局的位置參數(shù)L對(duì)油膜承載的影響。研究結(jié)果表明:

4、低雷諾數(shù)下位置參數(shù)L對(duì)油膜承載影響明顯,如確定凹槽織構(gòu)寬度D=0.2,在雷諾數(shù)Re=3時(shí),L從0.4減少到0.05,油膜承載提升了58.99%,相同條件下,摩擦系數(shù)也得到明顯改善,減少了59.1%。
　　第三,建立了動(dòng)壓潤(rùn)滑下基于 Reynolds方程的三維表面織構(gòu)潤(rùn)滑計(jì)算模型,利用Visual Fortran語(yǔ)言編程對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值求解,分析了凹槽類及凹坑類織構(gòu)的動(dòng)壓承載性能,并提出一種全新類型的表面織構(gòu)——矩形織構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn):不

5、同類型織構(gòu)間存在著一個(gè)共同的最優(yōu)深度范圍,其無(wú)量綱大小為0.5-0.7,正方形凹坑織構(gòu)和圓柱形凹坑織構(gòu)存在最優(yōu)的面密度,分別為0.36和0.5024,且正方形凹坑織構(gòu)比凹槽類織構(gòu)、圓柱形凹坑織構(gòu)表現(xiàn)出更好的摩擦學(xué)性能。另外,通過(guò)與傳統(tǒng)類型表面織構(gòu)對(duì)比分析,研究還發(fā)現(xiàn):最優(yōu)組合參數(shù)下的矩形織構(gòu)比傳統(tǒng)類型織構(gòu)能產(chǎn)生更大的油膜承載,其最優(yōu)組合參數(shù)為 w=0.6, c=0.8, h=0.5-0.7。論文最后依據(jù)最優(yōu)組合參數(shù)下的矩形織構(gòu),提出了一