【摘要】：現(xiàn)代機械要求結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精確和承擔(dān)較大的載荷，這使得機械內(nèi)大部分零件工作在混合潤滑區(qū)域�；旌蠞櫥瑫r在零件相對運動的表面間，流體動壓潤滑與微凸體直接接觸同時存在，形成相互作用的流固耦合系統(tǒng)，使得混合潤滑成為摩擦學(xué)研究的重點和難點。本文通過建立反映混合潤滑過程的數(shù)學(xué)模型并結(jié)合實驗，研究材料的表面形貌和力學(xué)性能對混合潤滑的影響，具體內(nèi)容包括： 1.根據(jù)表面形貌的特征參數(shù)，研究利用測量數(shù)據(jù)重構(gòu)表面的方法。通過對精加工金屬表面的實驗測量和對數(shù)據(jù)在頻域內(nèi)幅頻特性的分析，提出在頻域內(nèi)選擇合適的信息點的方法，將所選信息點轉(zhuǎn)換到空間域進行表面重構(gòu)。通過重構(gòu)表面和測量表面的對比，表明重構(gòu)表面能夠較好地反映測量表面的基本特征，同時濾掉了測量過程中的隨機噪聲。 2.針對混合潤滑的特點，在流體動壓潤滑區(qū)域和微凸體接觸區(qū)域分別考慮壓力對潤滑油黏度、密度和流變特性的影響以及局部的微凸體接觸，研究建立了求解混合潤滑問題的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)流體潤滑區(qū)域和微凸體接觸區(qū)域內(nèi)剪切應(yīng)力的成因不同，分別基于Bair and Winer流變模型和Rabinowicz接觸方程建立了摩擦系數(shù)計算模型。 3.從粗糙度幅值、密度和紋理方向等方面，系統(tǒng)地研究表面形貌對混合潤滑的影響。利用建立的混合潤滑模型，計算不同表面形貌時的油膜和壓力分布，通過分析混合潤滑參數(shù)和摩擦系數(shù)，研究表面形貌對混合潤滑摩擦性能的影響。結(jié)果表明：表面形貌會改變摩擦副的運行狀態(tài)。摩擦副表面粗糙度幅值越大，其摩擦系數(shù)越大；粗糙度密度越大，形成的壓力和油膜波動越劇烈，其摩擦系數(shù)也要大于粗糙度密度較小的工況；紋理方向也會影響潤滑效果，特別是紋理方向與潤滑油流動方向平行時，粗糙度對油膜的阻礙作用降低，其摩擦系數(shù)也要小于其它工況。 4.以鋼、銅、鋁和復(fù)合材料等四種材料為樣本，研究材料的彈性力學(xué)性能對混合潤滑的影響。針對理想光滑表面和粗糙表面兩種工況，通過混合潤滑模型計算四種材料形成的油膜和壓力分布，分析不同載荷、不同轉(zhuǎn)速下四種材料呈現(xiàn)出的摩擦性能。結(jié)果表明：材料的彈性力學(xué)性能影響接觸區(qū)域、油膜和壓力分布。對于理想表面，隨著潤滑油卷吸速度的增加，最大壓力由接觸區(qū)域的中心轉(zhuǎn)移到接觸區(qū)域的出口處，彈性模量越大的材料對應(yīng)的壓力位置轉(zhuǎn)換的臨界速度值越��；而對于粗糙表面，彈性模量較大的摩擦副對應(yīng)的從混合潤滑過渡到流體潤滑的臨界速度較高。 5.針對摩擦副的承載特點，研究材料的塑性力學(xué)性能對混合潤滑的影響。通過拉伸試驗機測量摩擦副材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，利用接觸體內(nèi)節(jié)點應(yīng)力張量的計算方法，確定接觸體內(nèi)節(jié)點的應(yīng)變張量，再根據(jù)互等定理計算塑性變形，最后將塑性變形耦合到混合潤滑模型中計算油膜和壓力分布。結(jié)果表明：當(dāng)考慮塑性變形時，整體接觸區(qū)域變大，壓力的波動趨于平穩(wěn)，油膜厚度略有減小，而摩擦系數(shù)則有所增加。 6.以聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料為樣本，研究軟材料混合潤滑時的摩擦性能。根據(jù)軟材料的特點修改了混合潤滑模型和摩擦系數(shù)模型，用已有實驗數(shù)據(jù)驗證了模型的有效性�；谶@兩個模型，分析了軟材料形成油膜的特點；并根據(jù)摩擦力的形成原理，研究了微凸體接觸和潤滑油動壓效應(yīng)對摩擦系數(shù)的影響；采用壓力增量原理分析了粗糙度影響摩擦系數(shù)的原因。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH117.2
【圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文M N2q1 11RMNi ji jZ= == ∑∑ …………斜度。對于參考基準平面的對稱性，由式 2-3 計M N3sk31 11RMNi ji jqZR= == ∑∑ …………分布關(guān)系如圖 2.1 所示。零件表面在低于若零件在高于基準面一側(cè)有較大的微凸

第 2 章 零件表面的三維參數(shù)表征及表面數(shù)值重構(gòu)N11NiiS S== ∑ ………………………廓微觀不平度平均間距。度內(nèi)，輪廓峰值的平均距離。其中，計算中應(yīng)用的輪廓峰值基準線兩側(cè)，由式 2-6 計算：N11Nm miiS S== ∑ ……………………… 直觀地表示出參數(shù) S 與 Sm之間的區(qū)別與聯(lián)系。

件沿探針運動軌跡上的高度分布；原子力顯微鏡側(cè)重于測量材料的微觀結(jié)構(gòu)荷時、納米尺度下的摩擦磨損，最大掃描范圍是 8×8μm；Wyko 光學(xué)表面輪廓是采用白光干涉檢測法和晶體掃描技術(shù)對試樣表面進行非接觸測量，測量精到 0.1nm[4]。Wyko 配有不同放大倍數(shù)的物鏡鏡頭（本文所用實驗臺配有 5 倍 50 倍的物鏡），不同放大倍數(shù)對應(yīng)不同的測量范圍，測量范圍比原子力顯微可針對不同的樣本要求選擇適合的鏡頭。Wyko 在測量表面數(shù)據(jù)時有兩種模式hase-shifting interferometry）和 VSI（Vertical scanning interferome。兩種技術(shù)都是基于干涉原理來進行測量，VSI 技術(shù)要比 PSI 更先進，在 VS白光源經(jīng)過中性密度過濾器過濾，這樣可以保留白光的短相干長度和測量系調(diào)制精度。Wyko 測量系統(tǒng)配有 Vison32 軟件，可以對數(shù)據(jù)進行實時分析，并據(jù)由儀器測量到電腦數(shù)據(jù)輸出的同步轉(zhuǎn)化[105]。本文所用表面測量實驗oNT1100 如圖 2.3 所示。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 溫詩鑄;我國摩擦學(xué)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展[J];機械工程學(xué)報;2004年11期

2 葛世榮;粗糙表面的分形特征與分形表達研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報;1997年01期

3 劉健,吳宏基,劉正明,王子明;彈性金屬塑料軸承潤滑機理的特點與改進方向[J];水力發(fā)電;2004年11期

4 陳國安,葛世榮,張曉云;機加工表面輪廓的分形插值[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報;1999年02期

本文編號：2744685