表面激光微槽造型滑動副的動壓潤滑性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術的迅速發(fā)展,節(jié)能、環(huán)保和安全等工程要求不斷提高,發(fā)動機關鍵摩擦副-活塞環(huán)／氣缸體(套)等典型滑動副摩擦性能成為制約動力和排放等性能提升的重要因素；為了延長工作機壽命,提高關鍵摩擦副的減摩和耐磨性能也尤為重要。同時,起源于壁面溝槽減阻效應的表面微結構設計思想已被廣為認可,而與之相應的仿生摩擦學研究進展也如火如荼。另外,激光表面微造型技術因無接觸力、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發(fā)展

2、方向之一——表面微、細觀結構潤滑適應性主動設計的前奏。而傳統(tǒng)潤滑理論中的隨機表面粗糙度模型之本質特征-粗糙度峰值與潤滑油膜相比足夠小,該限定制約了其應用于造型深度和名義油膜厚度相當甚至大于膜厚的表面微細造型潤滑設計。
　　 因此,本文應用基于求解納維-斯托克斯方程的計算流體動力學方法,選取層流模型和低雷諾數(shù)雙方程湍流模型分別對摩擦副表面造型參數(shù)進行局部性能優(yōu)化分析。首先,通過對比滑動壁面上當量摩擦因子、造型區(qū)的凈黏性力和非光滑誘

3、導動壓等參數(shù),討論了在不同工況條件下異構槽表面造型對動壓潤滑性能的影響,并以摩擦因子和承載能力兩因素為主參數(shù),利用加權因子法分析獲知梯形類表面微槽造型結構較利于滑動副動壓潤滑性能的提升(等腰梯形槽的潤滑貢獻率達0.78；直角梯形槽的潤滑貢獻率達0.58)。為此,采用LRN湍流模型進一步就其一——等腰梯形槽的結構參數(shù)進行利于全膜流體潤滑的優(yōu)化；同時,考慮到圓弧槽造型結構與激光熔池動力慣性作用一致而常見,為此也就其利于潤滑性能的幾何尺度優(yōu)化

4、做了CFD分析,通過單因素對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的范圍內越大越利于潤滑,在30μm～40μm范圍內增大槽寬也利于潤滑,而超出該范圍則表現(xiàn)較復雜的影響機制；對潤滑能產(chǎn)生積極影響的圓弧槽結構參數(shù)范圍為槽深5μm～15μm、槽寬40μm～60μm。另外,分別對基于滑動速度的雷諾數(shù)和基于潤滑介質物性的雷諾數(shù)變化對潤滑性能的影響做了對比分析,發(fā)現(xiàn)雷諾數(shù)產(chǎn)生了明顯的分化。最后,以實際表面激光微