【摘要】： 表面織構(gòu)是指通過一定的加工技術(shù)在材料表面上加工出具有一定尺寸、形狀和排列的圖案。為了系統(tǒng)全面地研究表面織構(gòu)的減摩規(guī)律,尋求具體工況和潤滑條件下的最優(yōu)織構(gòu)參數(shù),論文分別對(duì)流體潤滑狀態(tài)和考慮粗糙度影響時(shí)的混合潤滑狀態(tài)下不同形狀、尺寸和面積比織構(gòu)表面的潤滑減摩性能開展了相關(guān)的理論和試驗(yàn)研究,并對(duì)較復(fù)雜織構(gòu)表面(包括變面積比織構(gòu)表面和雙織構(gòu)表面)進(jìn)行了探索性試驗(yàn)研究,得到了對(duì)摩擦副表面織構(gòu)的減摩設(shè)計(jì)具有借鑒意義的研究結(jié)果。 首先,通過應(yīng)用Fluent軟件對(duì)Navier-Stokes(N-S)方程的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)求解,研究了織構(gòu)表面在流體潤滑狀態(tài)下的摩擦學(xué)特性。結(jié)果表明:慣性項(xiàng)作用對(duì)表面織構(gòu)區(qū)域流動(dòng)的求解具有重大的影響;流體域中壓力變化曲線的幅值與織構(gòu)的動(dòng)壓性能存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,一般幅值越大,其動(dòng)壓性能越好;流體域中渦流的出現(xiàn)不利于動(dòng)壓性能的提高,其中,渦流開始出現(xiàn)時(shí)的織構(gòu)深度與最優(yōu)織構(gòu)深度相對(duì)應(yīng);當(dāng)流體域典型長度尺寸與摩擦副間隙尺寸比值L/h0≥46時(shí),可以采用Reynolds方程代替N-S方程進(jìn)行表面織構(gòu)問題的理論求解,但此時(shí)必須考慮空化現(xiàn)象對(duì)壓力分布的影響。 其次,采用Visual Fortran語言編程對(duì)Reynolds方程數(shù)值求解的方法,研究了當(dāng)L/h0≥46時(shí)織構(gòu)表面在流體潤滑狀態(tài)下的摩擦學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn):最優(yōu)織構(gòu)直徑和最優(yōu)織構(gòu)深度之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,最優(yōu)織構(gòu)直徑越大,其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)織構(gòu)深度也越大;深徑比參數(shù)不能作為織構(gòu)尺寸參數(shù)對(duì)摩擦系數(shù)影響的唯一表征,但不論織構(gòu)深度和直徑如何,當(dāng)織構(gòu)深徑比在0.005-0.01之間時(shí),其對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)均較小。在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上,建立了橢圓形截面織構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)模型,并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證和機(jī)理分析。 通過引入Patir和Cheng的平均流量模型,考察了當(dāng)考慮粗糙度影響時(shí)的混合潤滑狀態(tài)下織構(gòu)表面的摩擦學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn):織構(gòu)最優(yōu)參數(shù)不隨方向參數(shù)的變化而變化;最優(yōu)織構(gòu)直徑隨綜合粗糙度σ的增大而增大;當(dāng)σ≥0.5μm時(shí),最優(yōu)織構(gòu)深度隨綜合粗糙度的增大而增大;最優(yōu)織構(gòu)面積比與綜合粗糙度之間不相關(guān)�；诶碚摲治龅慕Y(jié)果,提出了考慮粗糙度影響時(shí)的最優(yōu)織構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)模型,并通過試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證和機(jī)理分析。 論文最后還對(duì)較復(fù)雜的變面積比織構(gòu)表面以及雙織構(gòu)表面進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:變面積比織構(gòu)表面在重載高速的場合能夠有效提高往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦副的減摩性能;同時(shí),其設(shè)計(jì)應(yīng)遵循從中間到兩端面積比逐漸增大的原則,而且面積比的大小與數(shù)量都應(yīng)該處于一個(gè)合適的范圍;在富油、乏油和不同試驗(yàn)載荷條件下,雙織構(gòu)表面與無織構(gòu)表面下的摩擦系數(shù)相比差別不大,其并不能有效提高摩擦副的減摩性能。
【圖文】：

國內(nèi)杭州電子工業(yè)學(xué)院張?jiān)齐姷萚13]提出用超聲加工方法在鋼質(zhì)薄壁缸套內(nèi)孔形成窩狀微坑，其屬于接觸式的機(jī)械加工方法，，具有加工效率高的特點(diǎn)。噴丸處理是由氣體攜帶磨料微粒形成高速氣流沖擊工件表面而去除材料的精密加方法。當(dāng)磨料沖擊加工表面時(shí)，磨粒會(huì)擊碎工件表面并產(chǎn)生小的碎屑，每一個(gè)沖擊顆只能去除很少的材料，氣流將磨料微粒和破碎的材料顆粒一起帶走[23]。該技術(shù)為不規(guī)微細(xì)形貌的加工方法，對(duì)微細(xì)形貌的尺寸參數(shù)不可控。激光加工技術(shù)是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上能夠達(dá)到很高的能量密度，光熱效應(yīng)來加工各種材料，在表面織構(gòu)加工中使用最為廣泛。激光加工表面織構(gòu)的示圖如圖 1-2 所示。早在上世紀(jì)八十年代，該技術(shù)已用在磁存儲(chǔ)器 (如硬盤等)[25]用以止在啟動(dòng)階段的粘附效應(yīng)。Etsion 等將激光表面織構(gòu)加工技術(shù)應(yīng)用于缸套-活塞環(huán)12,27]、軸承[26]和機(jī)械密封[28,29]等摩擦副，也取得了較好的摩擦學(xué)效果。江蘇大學(xué)符永等[35]提出了激光珩磨技術(shù)，即利用具有一定能量密度的激光束，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)孔表，加工出與氣缸潤滑減摩性能要求優(yōu)化匹配、連續(xù)均勻的，并且有一定密度(間距)、度、深度、角度和形狀的網(wǎng)紋狀溝槽。

國內(nèi)杭州電子工業(yè)學(xué)院張?jiān)齐姷萚13]提出用超聲加工方法在鋼質(zhì)薄壁缸套內(nèi)孔形成窩狀微坑，其屬于接觸式的機(jī)械加工方法，具有加工效率高的特點(diǎn)。噴丸處理是由氣體攜帶磨料微粒形成高速氣流沖擊工件表面而去除材料的精密加方法。當(dāng)磨料沖擊加工表面時(shí)，磨粒會(huì)擊碎工件表面并產(chǎn)生小的碎屑，每一個(gè)沖擊顆只能去除很少的材料，氣流將磨料微粒和破碎的材料顆粒一起帶走[23]。該技術(shù)為不規(guī)微細(xì)形貌的加工方法，對(duì)微細(xì)形貌的尺寸參數(shù)不可控。激光加工技術(shù)是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上能夠達(dá)到很高的能量密度，光熱效應(yīng)來加工各種材料，在表面織構(gòu)加工中使用最為廣泛。激光加工表面織構(gòu)的示圖如圖 1-2 所示。早在上世紀(jì)八十年代，該技術(shù)已用在磁存儲(chǔ)器 (如硬盤等)[25]用以止在啟動(dòng)階段的粘附效應(yīng)。Etsion 等將激光表面織構(gòu)加工技術(shù)應(yīng)用于缸套-活塞環(huán)12,27]、軸承[26]和機(jī)械密封[28,29]等摩擦副，也取得了較好的摩擦學(xué)效果。江蘇大學(xué)符永等[35]提出了激光珩磨技術(shù)，即利用具有一定能量密度的激光束，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)孔表，加工出與氣缸潤滑減摩性能要求優(yōu)化匹配、連續(xù)均勻的，并且有一定密度(間距)、度、深度、角度和形狀的網(wǎng)紋狀溝槽。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH117.2

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本文編號(hào)：2710847