摩擦副表面毫米級(jí)織構(gòu)的減摩特性研究.pdf

1、在機(jī)械領(lǐng)域，表面織構(gòu)技術(shù)是現(xiàn)如今應(yīng)用比較廣泛的一種減少摩擦磨損的技術(shù)，與摩擦副材料的選擇，潤(rùn)滑液的改善并為三大減摩減損方法。目前，表面織構(gòu)技術(shù)在軸承上的研究和應(yīng)用較多。傳動(dòng)螺旋副在機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)裝置中起到了至關(guān)重要的作用，因此廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)。由于滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)大，會(huì)導(dǎo)致螺母兩端的螺牙嚙合面加速磨損，不僅嚴(yán)重影響傳動(dòng)精度，而且會(huì)導(dǎo)致螺牙發(fā)生疲勞破壞。因此，對(duì)于滑動(dòng)螺旋副的減摩減損研究以提高其穩(wěn)定性和使用壽命至關(guān)重要。

2、>　　本文基于表面織構(gòu)的階梯潤(rùn)滑理論、織構(gòu)設(shè)計(jì)理論和摩擦磨損原理，結(jié)合FLUENT數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究，著重研究了各種織構(gòu)參數(shù)對(duì)摩擦副的摩擦磨損性能的影響。
　　首先，將傳動(dòng)螺旋副簡(jiǎn)化為平面接觸對(duì)模型，研究了在直線運(yùn)動(dòng)情況下，表面織構(gòu)的減摩潤(rùn)滑效果。發(fā)現(xiàn)在織構(gòu)均勻排布的情況下，當(dāng)織構(gòu)表面積的面積占有率Sp增大時(shí)，上壁面的無(wú)量綱平均壓強(qiáng)值基本都增大。在同等織構(gòu)面積占有率下，在所研究的織構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)，平行于運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度越長(zhǎng)(X=5

3、d)，其上壁面的無(wú)量綱平均壓強(qiáng)值越大，也即可以使織構(gòu)的流體動(dòng)力潤(rùn)滑效果越好。對(duì)于相同面積率下不同織構(gòu)形狀的研究得出織構(gòu)表面形狀為3/4圓環(huán)道、3/4正方環(huán)道、三角形、五邊形、V形和扇形的織構(gòu)可以有更好的潤(rùn)滑效果，且織構(gòu)的深度越小，潤(rùn)滑效果越好。對(duì)于有同一表面形狀的織構(gòu)，改變織構(gòu)的尺寸參數(shù)也可改變織構(gòu)的潤(rùn)滑效果，對(duì)于三角形織構(gòu)，同等織構(gòu)面積條件下，底小于高時(shí)的效果比底大于高時(shí)的效果好（當(dāng)上壁面運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閺牡椎礁邥r(shí)）。當(dāng)織構(gòu)為偏織構(gòu)時(shí)，其潤(rùn)

4、滑效果相對(duì)于非偏織構(gòu)較好。對(duì)于人形槽，當(dāng)兩邊的寬度和頂部的寬度確定時(shí)，人字形的夾角越大，潤(rùn)滑效果越好，在同等面積占有率下，人形槽兩邊的寬度越大則其潤(rùn)滑效果越好。
　　其次，研究了平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下表面織構(gòu)的潤(rùn)滑情況。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在不同面積占有率S和織構(gòu)深度h下，等腰三角形、直角三角形（直角近內(nèi)環(huán)）、直角三角形（直角近外環(huán)）、V形、五邊形織構(gòu)相對(duì)于矩形、橢圓和圓形織構(gòu)的流體動(dòng)力潤(rùn)滑效果較好，這與平面直線運(yùn)動(dòng)下的結(jié)果一致，

5、可知推出在平面直線運(yùn)動(dòng)下得出的相關(guān)結(jié)論同樣適用于平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，凹槽織構(gòu)的研究中，螺旋槽、三角槽、直線槽織構(gòu)相對(duì)于人形槽織構(gòu)，其上壁面無(wú)量綱平均壓強(qiáng)值較大，螺旋槽、三角槽和直線槽的流體動(dòng)力潤(rùn)滑性能優(yōu)于人形槽。不管是螺旋槽、三角槽還是人形槽，當(dāng)其在壓力入口處的寬度較大時(shí)，所得的上壁面無(wú)量綱壓強(qiáng)值較大。在平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，凹槽織構(gòu)所產(chǎn)生的上壁面無(wú)量綱平均壓強(qiáng)值明顯大于凹坑織構(gòu)的。
　　再次，通過(guò)環(huán)-環(huán)摩擦實(shí)驗(yàn)研究了各種織

6、構(gòu)在相同載荷和轉(zhuǎn)速下的摩擦磨損情況。考察了各種織構(gòu)形狀和面積率下摩擦系數(shù)與磨損率的大小，驗(yàn)證了平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下數(shù)值模擬的正確性與可行性，從而可推導(dǎo)出在FLUENT中進(jìn)行的數(shù)值模擬對(duì)實(shí)際工況下表面織構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用是有一定指導(dǎo)和參考意義的。
　　最后，由平面延伸到螺桿螺母接觸對(duì)的螺旋面。對(duì)于螺旋運(yùn)動(dòng)下凹坑的影響，在S=5％，初始膜厚h=0.0065mm時(shí)，在所研究的7種織構(gòu)中，三角形織構(gòu)和五邊形織構(gòu)相對(duì)于矩形織構(gòu)、橢圓形織構(gòu)和圓形織構(gòu)有較