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ZCuPb20Sn5合金耐磨性能研究
任晓燕, 张国伟, 徐宏, 孙凤儿, 康圆圆, 王明杰, 牛经纬
doi: 10.16078/j.tribology.2019161
[摘要](12) [HTML全文](7) [PDF 1806KB] (0)
摘要:
ZCuPb20Sn5合金作为柱塞泵转子内衬材料,因其含铅量高,而具有良好的减摩耐磨性能,可避免转子在工作中的磨损失效问题. 选用销盘式摩擦磨损试验机,以ZCuPb20Sn5和45钢为摩擦副,研究了不同PV值和油润滑条件下,ZCuPb20Sn5合金的摩擦磨损性能. 结果表明:随着PV值的增加,ZCuPb20Sn5合金的摩擦系数先增加后减小,而磨损率呈增加趋势. 在载荷50 N和线速度2.410 m/s条件下,摩擦系数和磨损率最低,摩擦系数最低能达到0.010,平均摩擦系数达到1个最低峰值点0.063;在载荷250 N、线速度3.610 m/s以及PV值为126 MPa·m/s的条件下,摩擦系数达到另一低峰值0.070,磨损率为2.972×10−7 mm3/(N·m). PV值最大时,摩擦系数和磨损率最大. 载荷小于150 N时,在油润滑的作用下,主要磨损机制为轻微黏着磨损;载荷大于150 N时,在铅和油的协同作用下,以黏着磨损为主,少量磨粒磨损;当载荷大于250 N时,摩擦系数与磨损率都偏高,以磨粒磨损为主,局部有少量氧化磨损.
极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响
蒲建, 李根, 袁新璐, 张晓宇, 张强, 任平弟
doi: 10.16078/j.tribology.2019209
[摘要](8) [HTML全文](3) [PDF 2049KB] (0)
摘要:
采用高精度多功能微动磨损试验机(MFC-01),结合电化学和摩擦性能测试以及扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析等,研究了极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响. 结果表明:材料在阳极电位极化下,表面更易发生滑动,滑移区扩展,混合区和部分滑移区范围收窄;微动摩擦系数则随极化电位正移逐渐减小、在自腐蚀电位达到最小值、之后回升,阴极电位下摩擦系数大于阳极电位下的数值. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下,微动加速了磨损区域的腐蚀,使得腐蚀电流密度增加;而在阳极极化下,微动减弱了磨损区域的腐蚀、腐蚀电流减少. 材料的整体损失速率随着外加电位的正移而增大. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下,材料的磨损机制主要表现为剥层机制和磨粒磨损,磨损区域腐蚀产物主要为Al2O3;在阳极极化下,以腐蚀磨损和磨粒磨损为主要特征,磨损区域腐蚀产物主要为Al2O3、Al(OH)3和AlCl3.
考虑上游泵送效应的滑靴副动压润滑特性
赵波, 王志超, 杨理华, 刘晓俊, 张保成
doi: 10.16078/j.tribology.2019238
[摘要](10) [HTML全文](5) [PDF 1284KB] (1)
摘要:
为了改善轴向柱塞泵滑靴副的润滑性能,利用仿生学原理,在斜盘上构建倾斜椭圆形微坑织构. 通过微坑产生的动压效应和上游泵送效应,以期能够优化滑靴副的摩擦性能并减少泄漏量. 基于CFD方法开展了具有椭圆形微坑织构滑靴副的建模与润滑性能研究,揭示了不同润滑介质黏度和转速下柱塞泵滑靴副的承载能力、泄漏量和摩擦系数随微坑倾斜角度的变化规律. 研究结果表明:通过在斜盘面上建立无倾斜椭圆形微坑,能明显提高滑靴副的承载能力,并降低摩擦系数,但会导致泄漏量增大;而在此基础上,通过将椭圆形微坑相对于其滑动方向旋转一定角度,滑靴副的承载能力和摩擦系数不会明显变化,但可以显著减小润滑介质泄漏量.
坡面道路上地面形貌对人体步进摩擦的影响
李梁瑜, 陈德强, 张永振, 牛永平, 陈慧敏
doi: 10.16078/j.tribology.2019229
[摘要](10) [HTML全文](6) [PDF 1099KB] (0)
摘要:
人体行走经常发生滑摔事故,而坡面道路是人体行走的典型路况之一. 当前通过改变鞋底和地板的材料、鞋底和地板的表面形貌以提高步进摩擦系数的研究多是基于水平路面,对坡面道路上的人体行走、特别是地面形貌变化对坡面道路上的人体行走研究较少. 本文以45钢作为材料,制备出表面波纹度相同而表面形貌不同的地板,利用步进摩擦试验平台改变行走路面的坡度研究了地面形貌变化对坡面道路上人体步进摩擦的影响. 结果表明:坡度对有效摩擦系数的影响高于表面形貌;随着坡度的增加,安全行走所需的必要摩擦系数增大、地面提供的有效摩擦系数减小,步频则先增大后减小;上坡启动时脚掌与路面的有效接触面积和下坡制动时脚跟的有效接触面积随坡度的增加而减小,导致有效摩擦系数降低,滑摔倾向增大. 人体行走姿态为了保持平衡而缩短步长以降低必要摩擦系数.
铁路车轴过盈配合面微动损伤分析及有限元仿真
袁才钦, 李亚波, 杨凯, 鲁连涛, 邹朗, 李伟, 曾东方
doi: 10.16078/j.tribology.2019186
[摘要](9) [HTML全文](3) [PDF 3171KB] (0)
摘要:
基于全尺寸铁路车轴疲劳试验,观察并分析了微动区损伤形貌及损伤机理. 基于测量的磨损轮廓建立有限元模型,计算分析了微动磨损对过盈配合面微动参量及轴向应力的影响. 结果表明:轮座近加载侧存在1个宽度约为20 mm的微动损伤区,根据形貌特征可以分为3个区域. 仿真得到的微动滑移区宽度与损伤区宽度基本一致,张开区宽度略小于磨损区. 未磨损时,接触压应力、摩擦剪应力及轴向应力峰值均出现在接触最边缘;在微动磨损作用下,接触压应力、摩擦剪应力、轴向应力峰值出现在磨损-未磨损边界,且轴向应力数值在磨损区由负变正. 磨屑的存在为接触面提供承载平台,在一定程度上抑制应力集中向内部转移.
机械密封动环外周表面织构换热机理及结构优化
周宇坤, 彭旭东, 赵文静, 江锦波, 孟祥铠
doi: 10.16078/j.tribology.2019192
[摘要](13) [HTML全文](4) [PDF 2124KB] (2)
摘要:
本文中以接触式机械密封为研究对象,考虑端面摩擦热,建立了包含密封环及密封腔的三维轴对称传热模型,并采用Fluent软件进行了传热分析,得到了密封环及密封腔的流场、温度场、速度场和Nusselt Number(Nu数)分布情况. 通过分析织构及其周边的流场、流态和温度场,揭示了织构的对流换热机理,主要研究了等边三角形织构的深径比、排数、排间距、排列方式和方向角等几何因素对端面温度的影响,并对等边三角形的结构参数进行了优选. 结果表明:动环外周表面织构具有增强对流换热效果和降低密封环整体温度的能力;织构的型式、深径比、个数以及排列方式均会对其换热效果产生影响,其中织构个数和旋转角影响较大,且三角形织构具有较强的换热能力,为今后高性能机械密封的优化设计及应用提供了理论依据.
基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究
亢荣玉, 陈晓阳, 刘旭, 陶德华
doi: 10.16078/j.tribology.2019233
[摘要](7) [HTML全文](3) [PDF 1260KB] (0)
摘要:
由发动机主轴轴承油膜空穴造成的不规则打字机敲击噪声一直是汽车领域未解决的难题. 为了探究发动机主轴轴承动态载荷性能耦合作用下产生的异常空穴噪声,本文作者利用自行设计的平行板挤压油膜试验机进行模拟噪声试验并探究空穴噪声的特征. 该试验机可同时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号,通过试验探究了不同激励信号、挤压振幅、挤压频率、润滑油黏度等因素对空穴噪声的影响,结果表明在方波、大振幅、使用高黏度润滑剂以及挤压频率为12 Hz的状况下容易产生空穴噪声.
硅碳氢润滑油的空间长寿命润滑性能分析
徐增闯, 崔维鑫, 贺景坚, 郝丽春, 杨晓宇
doi: 10.16078/j.tribology.2019190
[摘要](0) [HTML全文](1) [PDF 1155KB] (0)
摘要:
为分析硅碳氢润滑油(SiCH)在真空边界润滑工况下的润滑特性,采用真空螺旋轨道摩擦试验机(SOT)测试了在1.5、1.75和2 GPa三种接触应力下润滑油的名义润滑寿命,利用真空往复摩擦试验机(SRV)测试了润滑油的往复滑动摩擦系数. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行显微形貌、元素组成及化学状态进行分析. 结果表明:硅碳氢润滑油的真空名义润滑寿命较高,达到1 936 r/μg(转/微克),其往复滑动摩擦系数和磨斑直径较815Z全氟聚醚润滑油均较小,耐磨寿命较长,具有良好的真空边界润滑性能. 真空四球试验前后润滑油的红外透过率分析结果表明,润滑油在红外地球敏感器工作的14~16.25 μm波段透过率无明显变化. 在电机真空寿命验证试验中,采用硅碳氢润滑油润滑的扫描电机旋转次数最高已达6.04×108次. 润滑油的摩擦性能测试和电机寿命验证试验结果为处于边界润滑工况下的空间运动机构润滑失效提供了定量的判据,也为其他类似工况下的运动机构长寿命润滑设计提供试验依据.
蛇纹石矿物作为润滑油添加剂对锡青铜摩擦学行为的影响
尹艳丽, 于鹤龙, 王红美, 张仲, 白志民, 徐滨士
doi: 10.16078/j.tribology.2019261
[摘要](36) [HTML全文](14) [PDF 1937KB] (1)
摘要:
采用SRV滑动磨损试验机考察了蛇纹石天然矿物粉体作为添加剂对油润滑条件下与钢对磨时锡青铜摩擦磨损的影响. 借助扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪等对磨损表面形貌、元素组成与化学状态,以及纳米力学性能进行了分析,探讨了蛇纹石添加剂改善锡青铜摩擦学性能的作用机制. 结果表明:蛇纹石矿物在锡青铜表面形成了1层由金属氧化物、氧化物陶瓷、石墨和有机物构成的复合摩擦反应膜,其纳米硬度和弹性模量呈表面低、内部高的梯度变化,从而显著改善了油润滑条件下锡青铜的摩擦学性能.
纸基摩擦材料与不同含碳量钢配副之间的摩擦学性能及其失效机理研究
孙涛, 樊恒中, 苏云峰, 宋俊杰, 付业伟, 张永胜, 胡丽天
doi: 10.16078/j.tribology.2019253
[摘要](10) [HTML全文](2) [PDF 3678KB] (1)
摘要:
采用湿法成型辅助热压工艺制备了纸基摩擦材料. 分别考察了纸基摩擦材料在无油状态和富油状态下与不同碳含量钢配副材料的摩擦适配性,并通过磨损表面分析探讨了其在无油和富油状态下的摩擦机理. 结果表明:在无油状态下,随配副材料硬度增高,纸基摩擦材料的摩擦系数下降,摩擦稳定性提升,磨损率降低,高硬度的65Mn钢与纸基摩擦材料的适配性较好. 纸基摩擦材料在无油状态下主要表现为由疲劳裂纹引发的纤维脱粘与拔出导致的材料失效. 在富油状态下,配副材料的硬度对纸基摩擦材料的摩擦性能无显著影响,润滑油膜和摩擦膜的形成能有效减轻对材料的微观切削作用,从而降低材料的磨损.
轴承内部润滑油分布及回流的试验观察与研究
梁鹤, 张宇, 王文中
doi: 10.16078/j.tribology.2019180
[摘要](10) [HTML全文](4) [PDF 1630KB] (0)
摘要:
润滑是轴承良好工作性能和长寿命的重要保证,而球-滚道接触区外润滑油层的分布直接决定了接触区内润滑油膜的形成. 本文作者搭建了基于轴承模型的试验台,将轴承外圈替换成玻璃环,从而利用光学方法实现对钢球与外圈滚道形成的接触区及其附近润滑油层分布的直接观测和测量. 本文中重点探究了供油量、速度等工况参数和润滑油黏度等物化特性对接触区附近润滑油分布和回流的影响规律,结果表明气穴变化与回流特征均受供油量、速度和润滑油黏度影响.
核环境下的摩擦、磨损与润滑
王鹏, 柴利强, 赵晓宇, 张贝贝, 刘维民
doi: 10.16078/j.tribology.2020071
[摘要](19) [HTML全文](7) [PDF 1668KB] (4)
摘要:
理解核环境下材料的摩擦、磨损与润滑问题对建设商用第三代核反应堆、发展新型四代堆以及验证未来先进聚变核能系统至关重要. 服役于核岛尤其是核反应堆一回路的机械部件及材料,不仅承受运动过程中循环应力及摩擦磨损,而且还要面对高温、腐蚀和辐射等极端环境,本文中针对反应堆中核环境下结构材料摩擦磨损问题,以及核环境下润滑材料特殊需求,总结了本领域研究进展及面临的挑战,并对推进及解决核环境下材料的摩擦、磨损与润滑研究提出了展望.
Inconel 718镍基超合金的空蚀行为研究
陈天骅, 李珍, 杜三明, 陆龙, 尉含笑, 王琦, 杨克禧, 张永振
doi: 10.16078/j.tribology.2019195
[摘要](92) [HTML全文](23) [PDF 1944KB] (3)
摘要:
采用超声振动空蚀试验机对Inconel 718镍基超合金与316L不锈钢进行空蚀磨损研究. 通过扫描电子显微镜(SEM)、场发射电镜(FESEM)以及高分辨X射线衍射仪对测试样品空蚀磨损表面形貌、微观结构演变和物相进行观察及分析. 结果表明:Inconel 718表现出更优异的抗空蚀磨损性能,其空蚀600 min累计质量损失约为316L的1/3,空蚀孕育期时长为316L不锈钢的2倍左右. 在空蚀孕育期,Inconel 718空蚀损伤首先发生在晶界、孪晶界等界面处,且并未出现明显的塑性变形. 316L在此期间呈现较为明显的塑性变形,空蚀表面起伏波动显著. 在空蚀加速期,Inconel 718质量损失的显著提升是由于空蚀表面微裂纹的扩展导致材料逐渐剥落引起的,316L则是由于空蚀表面大量凹坑的不断形成与合并导致质量损失的增加. Inconel 718空蚀120 min后,观察到空蚀磨损表面有明显的形变孪晶,且与空蚀前的金相形貌相比,形变孪晶有明显增多的趋势.
氮合金化堆焊合金往复式摩擦磨损行为的研究
李嘉祺, 杨可, 王秋雨, 冒志伟, 徐亮, 张可召, 包晔峰, 蒋永锋
doi: 10.16078/j.tribology.2019220
[摘要](8) [HTML全文](3) [PDF 2112KB] (1)
摘要:
在马氏体不锈钢中引入氮,通过铌、钛固氮制备氮合金化堆焊合金. 利用往复式摩擦磨损试验机测试加氮和未加氮两种堆焊合金在不同载荷(5、10和15 N)下的摩擦磨损性能,研究了其摩擦磨损行为. 结果表明:在摩擦磨损过程中,堆焊合金表面承受周期性载荷,摩擦表面出现明显的切削痕和塑性变形,其磨损机制以磨粒磨损和表面疲劳磨损为主. 氮合金化堆焊合金中,碳氮化物沿马氏体基体、晶界弥散析出,起到了明显的细晶强化和弥散强化作用,增强了基体的塑性变形抗力以及抵御磨粒磨损的能力,使磨损表面切削痕数量更少、深度更浅,抗疲劳剥落现象得到明显改善.
多孔PI/MSNT复合含油润滑薄膜的设计制备及其摩擦学性能研究
贾卫红, 马立民, 任嗣利, 王金清, 杨生荣
doi: 10.16078/j.tribology.2019235
[摘要](16) [HTML全文](4) [PDF 2164KB] (1)
摘要:
以聚苯乙烯(PS)微球为致孔剂、介孔二氧化硅纳米管(MSNT)为填充剂来改性多孔聚酰亚胺(PI),设计制备了多孔PI/MSNT复合薄膜,并对其孔结构和形貌进行了表征;在此基础上,以液体石蜡为存储介质制备了多孔PI/MSNT复合含油润滑薄膜,系统考察了MSNT的添加对多孔PI薄膜的热稳定性、储油性能、力学性能和摩擦学性能的影响. 结果表明:与单组分PI含油薄膜相比,MSNT的加入不仅改善了多孔PI基体的热稳定性和力学性能,而且使得复合薄膜的储油性能和摩擦磨损性能均得到了显著提高,证实多孔PI/MSNT复合含油薄膜更适用于高载荷下的摩擦工况.

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人手指腹与光滑物体间的静摩擦力与湿度和抓持力的关系
陈强, 郭士杰, 甘中学
2020, 40(3): 271 -279   doi: 10.16078/j.tribology.2019200
[摘要](388) [HTML全文](111) [PDF 1241KB] (60)
摘要:
为了研究人手指抓持表面光滑物体时静摩擦力与湿度和抓持力的关系,在本研究中设计并制作了一种可在被抓持物体的重量连续变化的条件下测量指腹变形、抓持力及摩擦力的装置. 在不同湿度和被抓持物体重量的条件下测量并分析了指腹变形及其与表面光滑物体之间的最大静摩擦系数,通过指腹变形量度量指腹与被抓持物体之间的黏着力,以此分析湿度对最大静摩擦系数的影响机理. 结果表明:最大静摩擦系数依存于抓持力,随抓持力的增加先呈负幂函数变化,然后稳定为一定值;湿度会影响指腹与被抓持物体之间的黏着力,从而影响抓持的最大静摩擦力;潮湿时黏着力最大,抓取表面光滑物体最省力且不易打滑;湿度对最大静摩擦系数的影响是非线性的,最大静摩擦系数随湿度的增加而增加,到达峰值后逐渐减小.

双渐开线齿轮传动的油膜刚度研究
樊智敏, 王明凯, 尹兆明
2020, 40(3): 280 -288   doi: 10.16078/j.tribology.2019198
[摘要](340) [HTML全文](106) [PDF 1478KB] (43)
摘要:
在齿轮传动系统中,齿轮啮合刚度对振动、冲击、齿轮动力学特性分析以及接触应力计算有重要影响. 根据双渐开线齿轮齿廓啮合特点,基于弹流润滑理论,建立了双渐开线齿轮传动油膜刚度计算模型,研究双渐开线齿轮传动油膜刚度变化规律. 采用对比法分析了双渐开线齿轮与同参数普通渐开线齿轮传动油膜刚度差异,并研究双渐开线齿轮齿廓参数和工况条件对油膜刚度的影响. 分析表明:双渐开线齿轮由于轮齿分阶的影响,与同参数渐开线齿轮传动油膜刚度相比有较大差异;双渐开线齿轮传动油膜刚度随齿腰高度系数的增大而减小,齿腰切向变位系数变化时,油膜刚度基本不变;工况条件变化时,双渐开线齿轮传动油膜刚度随转速的增大而减小,随载荷增量因子的增大而增大.

MWCNTs复合物纳米流体的摩擦学性能
关集俱, 刘德利, 王勇, 冯伯华, 许雪峰
2020, 40(3): 289 -298   doi: 10.16078/j.tribology.2019223
[摘要](290) [HTML全文](86) [PDF 1645KB] (27)
摘要:
将油性剂油酸(OA)填充进多壁碳纳米管(MWCNTs)的空腔内制备复合物,再以复合物为添加剂制备一种纳米流体,考察了复合物的质量分数、MWCNTs的酸处理时间以及摩擦测试条件等对纳米流体摩擦学性能的影响,并分析了复合物的润滑机理. 结果表明:油酸被成功填充到经酸处理的MWCNTs管内,填充率约20%;摩擦过程中,复合物制备的纳米流体的摩擦系数有不断减小趋势,其减摩效果甚至优于同等含量的油酸乳化液;当复合物的质量分数为0.1%左右时,纳米流体可获得最佳的减摩、抗磨效果;随着酸化处理时间的增加,复合物制备的纳米流体的减摩、抗磨性能会有所提高. 摩擦过程中,复合物可释放出油酸并形成润滑膜,MWCNTs则能够在油酸形成的润滑膜上发挥“微轴承”的作用,从而使复合物获得更加优良的减摩、抗磨效果.

Numerical Study on the Mechanism of Friction Lining with Micro-Elliptical Texture in Safety Brake of Nuclear Power Plant
Shuo HOU, Shao HE, Xi DENG, Chen XI, Guangyao LU, Shuai CHEN
2020, 40(3): 299 -304   doi: 10.16078/j.tribology.2019176
[摘要](253) [HTML全文](80) [PDF 634KB] (18)
摘要:
The frictional performance of safety brake used in nuclear power plant affects the safety and economy of nuclear power plant equipment. In this study, the micro-ellipse texture was applied to the friction lining of safety brake. The mechanism of electromagnetic brake’s friction lining with elliptical texture was studied by numerical method. The analysis model of friction lining with micro-ellipse texture was established, at the same time, the pressure distribution on the surface of the friction lining was solved by the finite element method. The influence of ellipse inclination angle on the pressure distribution was studied, which provided the basis for perfecting the design of the friction lining with elliptical texture in the electromagnetic brake.

列车车轮滚动接触疲劳裂纹评价研究
刘颍宾, 宫彦华, 王强, 高伟, 张哲峰
2020, 40(3): 305 -313   doi: 10.16078/j.tribology.2019210
[摘要](255) [HTML全文](78) [PDF 1834KB] (24)
摘要:
列车车轮踏面表层金属滚动接触疲劳是影响列车运行安全性和舒适性的核心科学问题. 借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和显微硬度计,通过开展列车车轮材料的标准滚动接触疲劳试验,将标准接触疲劳样品的损伤行为与实际服役车轮的损伤行为对比分析,研究了列车车轮的滚动接触疲劳裂纹评价方法. 结果表明:车轮表层金属接触疲劳开裂是表层金属累积塑性变形损伤的结果;标准滚动接触疲劳样品剥离坑的深度恰好等于硬化层的深度,实际服役车轮剥离坑的深度小于硬化层的深度;将车轮表面的滚动接触疲劳裂纹命名为“三角形指向性裂纹”;初步建立了车轮表面滚动接触疲劳损伤程度的定量评价方法.

690合金传热管在不同摩擦副条件下的微动磨损性能研究
米雪, 谢海, 彭金方, 朱旻昊
2020, 40(3): 314 -321   doi: 10.16078/j.tribology.2019199
[摘要](262) [HTML全文](83) [PDF 2622KB] (29)
摘要:
采用MFF-3000电磁振动微动疲劳与磨损试验机,研究两种抗振条材料(退火405不锈钢和淬火回火06Cr13)对690合金传热管的微动磨损性能的影响,试验采用块/管线接触方式,即线接触. 试验结束后,采用OM、SEM、EDX和EPMA和三维光学显微镜对磨痕微观形貌和成分等进行分析,对比分析两种摩擦副的微动摩擦行为. 结果表明:当配副材料为405不锈钢时,690合金的磨损相对严重;工况相同时,06Cr13的磨损比405不锈钢严重,且405不锈钢的磨屑尺寸较小,06Cr13磨痕表面存在大量的剥层裂纹. 随着温度增加,磨屑增加,氧化程度加剧,磨损加剧,主要的磨损机制为磨粒磨损和剥层.

核废料硼硅酸盐玻璃在酸性溶液环境下的摩擦磨损性能
乔乾, 何洪途, 余家欣
2020, 40(3): 322 -329   doi: 10.16078/j.tribology.2019197
[摘要](260) [HTML全文](81) [PDF 1109KB] (21)
摘要:
通过环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机,以不锈钢球为对摩副,探究核废料硼硅酸盐玻璃在不同pH酸性溶液环境中的磨损行为和磨损机理. 研究发现,随着外界溶液pH逐渐从1增大到7,摩擦过程中的摩擦系数缓慢增加,但硼硅酸盐玻璃和不锈钢球的磨损量呈现先增大后减小的变化规律. 硼硅酸盐玻璃在不同pH下的材料去除与其界面的电荷特性和接触情况密切相关. 当溶液pH <2.5时,硼硅酸盐玻璃基底和不锈钢球表面带正电荷,界面的排斥作用降低了界面的直接接触和剪切应力,从而降低了玻璃材料的磨损量;当pH为2.5时,硼硅酸盐玻璃表面几乎不带电荷,使得硼硅酸盐玻璃和不锈钢球在磨损过程中进行直接的接触,导致其磨损量最大;当pH>2.5时,硼硅酸盐玻璃表面与不锈钢球表面分别带负电荷和正电荷,界面间呈现吸引力作用,界面间的水化层对磨损界面起到润滑作用,从而降低硼硅酸盐玻璃和不锈钢球的磨损量.

PEEK旋转密封环密封性能仿真和试验研究
秦自臻, 周平, 张斌, 李洪武, 张鹤, 郭东明
2020, 40(3): 330 -338   doi: 10.16078/j.tribology.2019212
[摘要](244) [HTML全文](80) [PDF 1460KB] (24)
摘要:
为研究低刚度胀圈型旋转密封环的接触状态和密封性能,以聚醚醚酮(PEEK)材料的无槽环和V形槽环两种密封环为研究对象,基于COMSOL有限元软件建立了旋转密封流固耦合模型,对密封状态进行了模拟分析,并在试验台上测试了密封环的摩擦转矩和漏率. 仿真结果表明:在载荷作用下,密封环的变形显著影响密封面接触压力和流体压力分布. 试验结果表明:由于槽区流体的静压承载作用,V形槽环的摩擦转矩比无槽环小40%左右,但由于端面开槽减小了局部径向密封宽度,V形槽环漏率比无槽环大10%左右. 另外,两种环的摩擦转矩随转速增加均没有下降趋势,说明在试验条件下密封面动压减摩效果不显著. 研究结果有助于进一步认识胀圈型旋转密封环的密封机理,指导新型密封环的设计.

脲基功能化的咪唑无卤素离子液体对复合锂基润滑脂摩擦学性能的影响
曲铭海, 张朝阳, 杨志权, 于强亮, 蔡美荣
2020, 40(3): 339 -345   doi: 10.16078/j.tribology.2019174
[摘要](262) [HTML全文](78) [PDF 967KB] (21)
摘要:
合成了两种脲基功能化的咪唑无卤素离子液体DOSS-1和DOSS-4. 采用SRV-V微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪,考察这两种离子液体作为2号复合锂基润滑脂(G)的减摩抗磨添加剂的摩擦学性能. 摩擦测试结果表明:这两种功能化咪唑离子液体添加到2号复合锂基润滑脂(G)中均表现出优异的减摩抗磨性能. 在添加量同等条件下,长链的DOSS-4表现出优于DOSS-1的减摩抗磨性能. 当添加质量分数为3%时,DOSS-4和DOSS-1的减摩抗磨性能最佳. 利用表面轮廓和扫描电镜进一步分析了磨斑表面的形貌,同时结合X射线光电子能谱仪(XPS)进一步分析了磨斑表面主要化学元素组成,阐明其摩擦机理. 该离子液体能够显著地降低摩擦磨损是因其在摩擦副表面形成了含N元素和S元素的化学反应膜.

供油量对对数滚子弹流润滑特性的影响研究
孙浩洋, 张洪信
2020, 40(3): 346 -352   doi: 10.16078/j.tribology.2019145
[摘要](214) [HTML全文](65) [PDF 5560KB] (15)
摘要:
针对现有的凸度设计研究没有考虑供油量因素的现状,研究了供油量对对数滚子弹流润滑特性的影响,指出:在轴向中部,对数滚子的乏油润滑特性与无限长线接触弹流的乏油润滑特性相似;在轴向端部,当供油量较小时,膜厚较小且轴向颈缩不明显;随供油量的增加,膜厚沿滚子轴线方向逐渐由中部向端部增大,轴向颈缩逐步建立,直至形成膜厚的端部闭合效应达到充分供油润滑. 在供油量由乏油到充分供油的变化过程中,压力的边缘效应趋于显著. 因此,充分供油条件下的凸度设计结果不能直接用于乏油工况,乏油时需要的凸度量将小于充分供油润滑的凸度量.

基于载荷谱的凸轮机构关键摩擦副优化研究
王军锋, 明仕林, 王晓光, 曾启文, 李严, 陈光焱, 蔡振兵
2020, 40(3): 353 -363   doi: 10.16078/j.tribology.2019187
[摘要](226) [HTML全文](69) [PDF 7848KB] (11)
摘要:
通过台架试验测得凸轮机构的凸轮转动轴在实际工况下的载荷谱. 然后,结合载荷谱和机构几何尺寸进行力学分析,得到凸轮轮廓上的载荷分布. 针对机构关键摩擦副在最大载荷附近发生严重磨损的问题,以载荷分布为基础,通过UMT摩擦磨损试验机进行模拟机构实际接触情况的试样试验,探究摩擦副材料的摩擦学行为,优化摩擦副材料. 结果表明:摩擦副材料的摩擦学行为与其硬度和韧性都有关系,在韧性无较大差别时,硬度较高的材料耐磨性较强. 对于硬度较低、韧性较高的材料,摩擦时会在其表面形成黏着层,减缓其进一步磨损,但是摩擦系数较高. 试验预测在以减缓凸轮转动轴阻力增长为目的下,凸轮、滚子和滚子轴材料分别为TC4、022Cr12Ni9Cu2NbTi和07Cr17Ni7Al时,其效果最好. 后经原尺寸机构实际工况试验,验证了预测的正确性.

干气密封旋转流场的宏观特性与介观速度场的逻辑关系研究
王衍, 葛云路, 黄国庆, 胡琼, 肖业祥, 胡鹏
2020, 40(3): 364 -377   doi: 10.16078/j.tribology.2019189
[摘要](219) [HTML全文](70) [PDF 2025KB] (10)
摘要:
旋转流场中的流体流动比较复杂,特别是在高转速、微尺度工况时,流场中的流体流态及其判断方法缺乏完备的理论模型. 选择干气密封作为高速旋转流场的研究对象,以开启力和泄漏量作为宏观特性表征指标参数,选择剪切(周向)、径向及轴向速度分量对速度流场进行介观表述,通过Fluent软件仿真计算大跨距转速(低转速至超高转速)时的宏观、介观指标参数,研究密封性能指标参数与速度场间的内在逻辑关系. 结果表明:低速旋转流场中的轴向速度分量较小,可忽略不计,转速升高会促使轴向速度分量持续增大,当转速持续增大并超过某一临界值时,轴向速度分量会出现迅速升高的情形;轴向速度分量的变化情形与微尺度流场(开启力和泄漏量)波动密切相关,是影响旋转流场流态的关键性指标参数,也是引起宏观流场特性变化的主要因素;径向速度分量的变化情形与微尺度流场泄漏量的变化规律基本一致,随着转速的增大,泄漏量的宏观性能反馈要早于开启力波动的出现. 基于以上研究,同时根据管道雷诺数、流量因子判定模型及流体力学基本理论,尝试提出了基于三维速度分量的针对旋转流场流态的椭球判定模型.

胺分子结构对聚脲润滑脂流变学性能的影响
徐状, 任佳, 赵改青, 王卓群, 蔡浩鹏, 王晓波
2020, 40(3): 378 -384   doi: 10.16078/j.tribology.2020006
[摘要](224) [HTML全文](67) [PDF 1131KB] (14)
摘要:
以三种具有典型分子结构的单胺为主要原料,采用同一种方法制备了三种相同稠化剂含量的聚脲润滑脂. 利用扫描电镜(SEM)表征了三种聚脲润滑脂中稠化剂的微观结构. 结果表明:十八胺聚脲润滑脂的稠化剂形貌为缠绕的纤维结构,环己胺和苯胺聚脲润滑脂的稠化剂形貌为堆积的棒状. 同时,研究探讨了三种聚脲润滑脂在不同温度下的触变性能、储能模量、损耗模量和表观黏度的变化规律,并解释了其流变学性能与稠化剂的微观形貌和分子间作用力的关联性. 本研究结果将为聚脲润滑脂的设计开发提供良好的理论指导,并促进聚脲润滑脂性能研究与应用的发展.

磨石强度对钢轨打磨行为的影响
章武林, 樊小强, 张鹏飞, 袁永杰, 朱旻昊
2020, 40(3): 385 -394   doi: 10.16078/j.tribology.2019219
[摘要](237) [HTML全文](87) [PDF 1951KB] (16)
摘要:
磨石强度直接关系到钢轨打磨车的持续作业能力和磨削效率,因此研究磨石强度对打磨行为及钢轨表面质量的影响,对于现场磨石的优选具有重要参考价值. 参照Vossloh磨石抗压强度,制备了三种不同抗压强度的磨石(GS-10,68.9 MPa;GS-12.5,95.2 MPa;GS-15,122 MPa)并开展相应的打磨试验和表征. 结果显示,GS-15相对GS-10打磨量降幅约80%,但磨削比增幅约88%,表明磨石强度增大,磨石耐磨性提高,但磨削能力下降. 磨石和钢轨表面形貌显示,磨石强度增大导致磨石自锐性变差,磨削机制逐渐从切削转变为耕犁. 打磨钢轨表面SEM、EDS、XPS分析结果表明磨粒的切削作用是导致磨削热产生的首要因素,且随着磨石强度的增大,钢轨表面烧伤程度降低,钢轨表面氧化产物中Fe2+含量上升而Fe3+含量下降. 钢轨剖面金相结果表明:磨石强度增大导致钢轨表面白层、塑性变形层厚度增加,使钢轨产生更严重的预疲劳. 因此,对钢轨打磨磨石强度的合理调控和选择,对于协调打磨效率和钢轨表面质量具有重要意义.

粗糙表面统计接触模型的提出与发展
刘勇, 夏天, 陈志英, 闫国华
2020, 40(3): 395 -406   doi: 10.16078/j.tribology.2019191
[摘要](303) [HTML全文](91) [PDF 750KB] (29)
摘要:
工程表面在微观尺度上是粗糙的,粗糙表面之间的接触状态对于多种物理现象都有重要影响,因此,粗糙表面间的接触建模方法一直是摩擦学领域研究的热点. 由Greenwood和Williamson提出的GW统计接触模型是最受认可的粗糙面接触模型,回顾了基于统计分析的粗糙面接触模型的发展,根据对GW模型主要缺点的改进,介绍了统计接触模型的研究现状,总结了统计接触模型未来可能的研究热点.

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