表面激光微槽造型滑動(dòng)副的動(dòng)壓潤(rùn)滑性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,節(jié)能、環(huán)保和安全等工程要求不斷提高,發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵摩擦副-活塞環(huán)／氣缸體(套)等典型滑動(dòng)副摩擦性能成為制約動(dòng)力和排放等性能提升的重要因素；為了延長(zhǎng)工作機(jī)壽命,提高關(guān)鍵摩擦副的減摩和耐磨性能也尤為重要。同時(shí),起源于壁面溝槽減阻效應(yīng)的表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想已被廣為認(rèn)可,而與之相應(yīng)的仿生摩擦學(xué)研究進(jìn)展也如火如荼。另外,激光表面微造型技術(shù)因無接觸力、魯棒性好、精度高等優(yōu)越性在工程表面改性與改形方面得到青睞,其將成為今后摩擦學(xué)發(fā)展

2、方向之一——表面微、細(xì)觀結(jié)構(gòu)潤(rùn)滑適應(yīng)性主動(dòng)設(shè)計(jì)的前奏。而傳統(tǒng)潤(rùn)滑理論中的隨機(jī)表面粗糙度模型之本質(zhì)特征-粗糙度峰值與潤(rùn)滑油膜相比足夠小,該限定制約了其應(yīng)用于造型深度和名義油膜厚度相當(dāng)甚至大于膜厚的表面微細(xì)造型潤(rùn)滑設(shè)計(jì)。
　　 因此,本文應(yīng)用基于求解納維-斯托克斯方程的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法,選取層流模型和低雷諾數(shù)雙方程湍流模型分別對(duì)摩擦副表面造型參數(shù)進(jìn)行局部性能優(yōu)化分析。首先,通過對(duì)比滑動(dòng)壁面上當(dāng)量摩擦因子、造型區(qū)的凈黏性力和非光滑誘

3、導(dǎo)動(dòng)壓等參數(shù),討論了在不同工況條件下異構(gòu)槽表面造型對(duì)動(dòng)壓潤(rùn)滑性能的影響,并以摩擦因子和承載能力兩因素為主參數(shù),利用加權(quán)因子法分析獲知梯形類表面微槽造型結(jié)構(gòu)較利于滑動(dòng)副動(dòng)壓潤(rùn)滑性能的提升(等腰梯形槽的潤(rùn)滑貢獻(xiàn)率達(dá)0.78；直角梯形槽的潤(rùn)滑貢獻(xiàn)率達(dá)0.58)。為此,采用LRN湍流模型進(jìn)一步就其一——等腰梯形槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行利于全膜流體潤(rùn)滑的優(yōu)化；同時(shí),考慮到圓弧槽造型結(jié)構(gòu)與激光熔池動(dòng)力慣性作用一致而常見,為此也就其利于潤(rùn)滑性能的幾何尺度優(yōu)化

4、做了CFD分析,通過單因素對(duì)比獲得了理論上極優(yōu)的微槽造型參數(shù)。經(jīng)綜合分析知,等腰梯形槽槽深在小于10μm的范圍內(nèi)越大越利于潤(rùn)滑,在30μm～40μm范圍內(nèi)增大槽寬也利于潤(rùn)滑,而超出該范圍則表現(xiàn)較復(fù)雜的影響機(jī)制；對(duì)潤(rùn)滑能產(chǎn)生積極影響的圓弧槽結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍為槽深5μm～15μm、槽寬40μm～60μm。另外,分別對(duì)基于滑動(dòng)速度的雷諾數(shù)和基于潤(rùn)滑介質(zhì)物性的雷諾數(shù)變化對(duì)潤(rùn)滑性能的影響做了對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)雷諾數(shù)產(chǎn)生了明顯的分化。最后,以實(shí)際表面激光微