2014年34卷1期

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45#钢表面织构上硬脂酸薄膜减摩性能的研究
董志伟, 万勇, 屠婷婷, 姚文清
2014, 34(1):1-7.
[摘要](1669) [PDF 1727KB](1754)
摘要:
本文中提出了一种在45#钢表面构筑具备优异减摩耐磨性能的薄膜的简易方法.首先采用高浓度氢氧化钠溶液在钢表面制备沟槽状表面织构,然后沉积硬脂酸分子得到减摩耐磨薄膜.用扫描电子显微镜、原子力显微镜、接触角测量仪、X射线光电子能谱仪以及X射线衍射仪等手段表征了薄膜的形成机制、表面形貌和化学组分,并利用微纳米摩擦磨损试验机研究薄膜在干摩擦条件下的减摩耐磨特性.研究结果发现,在经化学刻蚀形成织构的钢表面所沉积的硬脂酸薄膜具有优异的减摩耐磨性能.

斜齿轮弹流润滑下的接触疲劳寿命计算
贾小攀, 王文中, 赵自强, 孔凌嘉
2014, 34(1):8-14.
[摘要](1516) [PDF 1302KB](2950)
摘要:
经典齿轮接触疲劳强度理论是基于光滑表面赫兹干接触理论,而实际齿面具有粗糙度,且啮合轮齿多数处于混合润滑状态.本文基于齿轮润滑接触分析建立了渐开线斜齿轮的接触疲劳寿命计算模型.模型由齿轮润滑接触分析模型和基于次表面应力分布的疲劳寿命模型组成.首先将斜齿圆柱齿轮一对齿的瞬时啮合等效为两反向圆锥的接触问题,建立了齿轮的有限长弹流润滑计算模型,考虑了齿轮啮合周期内瞬时载荷、接触线长、卷吸速度等因素的影响,基于统一雷诺方程方法求得啮合齿对间的润滑压力和油膜厚度分布;在此基础上,计算轮齿接触区次表面的米歇斯应力分布,根据Zaretsky接触疲劳寿命计算模型,对齿轮组的接触疲劳寿命进行模拟预测.针对不同工况参数下接触疲劳寿命计算表明:润滑油黏度、轮齿表面粗糙度等因素对齿面接触疲劳寿命均有显著的影响.

步进摩擦分析测试平台的研制
贾利晓, 张永振, 牛永平, 杜三明, 贾佳
2014, 34(1):15-19.
[摘要](1398) [PDF 640KB](1682)
摘要:
研制了步进摩擦分析测试平台,可用于检测人体在静止及运动路面上的步进摩擦特性.该平台主要由六自由度摇摆台、三维测力台和数据采集系统三部分构成,六自由度摇摆台可提供六个自由度的任意组合运动,用来模拟舰船、海浪和地震等工况;三维测力台可测量出人体在行走时的三维力和力矩;数据采集系统将六自由度运动平台和三维测力台的输出数据采集并保存到计算机中,用来分析人体运动时的步进摩擦特性.采用研制平台进行了一组试验,结果表明:人在上、下坡行走时的垂直地面反作用力与在水平路面行走时的垂直地面反作用力具有不同的分布规律,并且垂直地面反作用力均随坡度角的增大而减小.

滚压诱导梯度超细晶铜的润滑微动磨损特性研究
李宁, 夏伟, 赵婧, 李风雷, 唐正强
2014, 34(1):20-27.
[摘要](1292) [PDF 1209KB](1613)
摘要:
通过滚柱对纯铜表面进行大载荷的多次滚压,使其表层累积不同应变水平的塑性变形,对所形成的约150 μm的塑性变形层沿深度方向的晶粒形态和分布进行分析,并对其显微硬度进行测试,表明该工艺在纯铜表层诱导形成了一种梯度超细晶结构;最表层平均晶粒尺寸约为662 nm,并随深度逐渐增至基体晶粒尺寸94 μm;梯度超细晶铜(简称梯度铜)最表层硬度较基体硬度提高约45%,并随深度逐渐下降至基体硬度. 在SRV IV试验机上对梯度铜和粗晶铜在润滑条件下的微动磨损特性进行对比研究. 结果表明:梯度铜摩擦系数先减小后增大,并在大载荷下与粗晶铜趋于一致;梯度铜的主要磨损形式为磨粒磨损,而粗晶铜为磨粒磨损和疲劳剥落,部分区域出现氧化磨损;梯度铜抗微动磨损能力比粗晶铜提高10倍以上.

化学复合镀层与Ti6Al4V为配副时高温摩擦磨损性能的研究
李珍, 吕晋军, 马文林, 王静波, 陈建敏
2014, 34(1):28-35.
[摘要](1224) [PDF 2805KB](1442)
摘要:
采用化学复合镀工艺,在碳钢表面制备了Ni-P-MoS2和Ni-P-CaF2复合镀层,并对镀层进行热处理.本课题主要对两种复合镀层在高温时的摩擦磨损性能进行对比分析,并将其与Ni-P镀层的摩擦磨损性能进行比对,讨论工作温度对复合镀层摩擦磨损性能的影响,并阐述了镀层在不同温度下的磨损机理.结果表明:当温度从常温升至500℃左右时,Ni-P-MoS2复合镀层的摩擦学性能较优,Ni-P-CaF2复合镀层和Ni-P镀层次之,Ni-P-MoS2复合镀层在高温摩擦磨损时表面生成一层致密的氧化膜起到很好的减摩作用.

气浮动压轴承的静特性数值计算与实验研究
卢志伟, 魏明明
2014, 34(1):36-42.
[摘要](1466) [PDF 963KB](1771)
摘要:
为了实现对气浮动压轴承的静特性能进行研究,文中提出并设计了一种圆锥型气浮动压轴承.在数学模型建立的基础上对其求解域进行了保角变换和斜坐标变换,运用局部积分有限差分对控制方程在斜坐标系下的差分式进行了推导,利用VB对控制方程的静特性进行了数值计算求解.结果表明:螺旋槽能很好实现气浮轴承动压效应,轴承的转速N对其动压效应影响比较大,转速N越高其动压效应越明显;轴承的螺旋角和槽深比对轴承的静特性的影响存在一个最佳参数,轴承的槽数和槽宽比增加到一定值后继续增大对轴承的承载力的影响不明显.实验结果与数值计算结果进行了比较,两者基本一致,为气浮动压轴承的研究与发展提供了一种新结构和新思路.

中低速下干气密封型槽仿生改进研究
彭旭东, 张风云, 白少先, 李纪云
2014, 34(1):43-50.
[摘要](1265) [PDF 1127KB](1428)
摘要:
为解决干式气体端面密封在中低速或启动停车阶段密封性能不稳定的问题,在现有螺旋槽端面型槽结构的基础上借鉴仿生学设计方法提出了仿生多流通道螺旋槽干气密封端面结构.基于气体润滑理论模型,采用数值分析方法计算了气体端面气膜压力控制方程-雷诺方程,研究对比了普通螺旋槽和多流通道槽的端面压力分布.在改变操作参数和端面气膜厚度的条件下分析对比了普通螺旋槽和多流通道槽两种干气密封的开启力,泄漏率,刚度和刚漏比的变化规律,并研究了槽的通道数对密封性能的影响规律.结果表明:中低速下多流通道细长螺旋槽具有高的稳定性和好的密封性,汇流槽在增加密封稳定性的同时可降低泄漏率.

磷酸酯胺盐离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的高温摩擦学性能研究
乔旦, 王海忠, 冯大鹏
2014, 34(1):51-58.
[摘要](1608) [PDF 2035KB](1793)
摘要:
以烷基胺盐为阳离子,磷酸酯为阴离子合成了三种磷酸酯胺盐离子液体(磷酸二丁酯单丁胺离子液体,磷酸二丁酯二丁胺离子液体,磷酸二丁酯四丁铵离子液体),并在微动摩擦磨损试验机(SRV)上评价了其作为钢/铜锡合金摩擦副润滑剂的高温摩擦学性能.结果表明所合成的磷酸酯离子液体具有优异的减摩抗磨性能;磷与氮元素之间在摩擦过程中存在协同作用.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析磷酸酯胺盐离子液体的润滑机理.从磨斑形貌对比图与磨损表面特征元素的XPS能谱图可以看出,该离子液体在铜磨损表面形成了一层具有保护作用的边界润滑膜,从而使得磷酸酯胺盐离子液体表现出优异的高温摩擦学性能.

倾斜摆动条件下衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响
邱明, 李正国, 李迎春, 陈龙, 苗艳伟
2014, 34(1):59-64.
[摘要](1251) [PDF 1079KB](1531)
摘要:
本文中通过对PTFE纤维/芳纶纤维混合编织衬垫分别进行稀土处理和丙酮处理,研究了在倾斜摆动条件下衬垫改性对自润滑关节轴承摩擦学性能的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)以及三维形貌仪分析了衬垫磨损表面微观形貌.研究结果表明:与未经改性处理衬垫的轴承相比,经稀土处理和丙酮处理后自润滑关节轴承减磨耐磨性能均得到提高,其中在高摆频工况下,衬垫经稀土处理后自润滑关节轴承减摩耐磨性能得到更大程度的提高;稀土处理轴承衬垫仅出现轻微黏着磨损,这是由于稀土处理过程增强了衬垫层的自润滑功能.

碳纤维长度与取向对纸基摩擦材料热负荷及摩擦学性能影响
宋晓东, 杨方, 齐乐华, 付业伟, 潘广镇, 李贺军
2014, 34(1):65-72.
[摘要](1360) [PDF 1413KB](2327)
摘要:
采用湿法成型工艺制备了碳纤维长度为0.1~12 mm的5种碳纤维增强纸基摩擦材料.采用梯度能量试验方法测试了所制备材料承载热负荷的能力以及在各级能量负荷条件下的摩擦磨损性能.借助扫描电镜及热导率测试仪,研究了材料承载热负荷的机理.结果表明:碳纤维长度与取向对材料的热负荷及摩擦学性能有显著影响;当碳纤维长度为6 mm时,材料承载热负荷的能力最高;长度为3~12 mm的碳纤维能够在摩擦面形成稳固的框架结构,使材料在不同能量负荷条件下保持稳定的摩擦磨损性能;纤维长度对碳纤维在材料中的排列取向有直接影响,垂直于摩擦面排列的碳纤维能够显著提高材料的热导率并降低材料所承受的最大功率密度.

铸型尼龙端面扭动摩擦接触模型及实验验证
滕兵, 王世博
2014, 34(1):73-78.
[摘要](1345) [PDF 780KB](1660)
摘要:
基于刚性平冲头压在弹性半无限空间的理论研究,建立了玻璃纤维增强铸型尼龙(MC尼龙)复合材料与45#钢的端面扭动摩擦模型,并开展了铸型尼龙端面扭动摩擦学试验.结果表明:摩擦扭矩-角位移(T-θ)曲线随角位移幅值的增加由直线形、椭圆形最终转变为准平行四边形;纯MC尼龙及其复合材料(3%GF、5%GF)在扭动角分别为0.5°、1°和2°时,扭动接触界面处于完全滑移状态,其不同的摩擦系数直接影响黏着半径与扭动角的关系,即导致了不同的扭动界面接触机制;MC尼龙复合材料的扭矩随扭动角的增加急剧减小至稳定状态,由扭矩与扭动角的关系还可知部分滑移状态时的扭矩值高于完全滑移状态的扭矩.不同角位移下的实验扭矩与计算曲线相似,揭示了该扭动摩擦模型可近似预测MC尼龙复合材料的扭矩.

激光离散处理车轮钢-钢轨钢摩擦副的摩擦学性能研究
曾东方, 鲁连涛, 李正阳, 张继旺, 朱旻昊, 金学松
2014, 34(1):79-86.
[摘要](1277) [PDF 1501KB](1413)
摘要:
将激光离散处理前后的车轮试样分别与钢轨试样匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试各摩擦副的摩擦系数和磨损率,研究激光离散处理对轮轨摩擦副滚动接触摩擦磨损性能的影响.结果表明:车轮试样经过激光离散处理后,其抗磨损性能大幅增加,对应的轮轨试样摩擦副的摩擦系数小幅增加,其对摩钢轨试样的磨损加剧.未处理车轮试样主要发生剥层磨损并伴随轻微的疲劳磨损;处理后的车轮试样主要发生疲劳磨损并伴随轻微的剥层磨损.这是由于激光离散处理提高了车轮试样表层材料的抗塑性变形能力,从而抑制了材料的剥层磨损.各钢轨试样均发生剥层磨损,但是车轮试样经激光离散处理后,对应钢轨试样的剥层磨损加剧.

氩气等离子体聚合大豆油的合成及摩擦学性能研究
赵晓云, 杨敬一, 陶德华, 徐心茹
2014, 34(1):87-92.
[摘要](1389) [PDF 677KB](1602)
摘要:
利用氩气等离子体降低大豆油(SO)中不饱和C=C双键的含量,得到高黏度的聚合油PAR2.采用凝胶渗透色谱仪分析了PAR2的分子量分布;采用四球摩擦磨损试验机考察了PAR2及同黏度级别的光亮油175BS的摩擦学性能;采用X射线光电子能谱仪分析了钢球摩擦表面元素的化学成分及状态.结果表明:氩气等离子体处理使得PAR2在40℃下的黏度由33.8 cSt增加到956 cSt;与175BS相比,PAR2表现出更为优良的黏温及低温流动性能.与此同时,PAR2中的聚合物主要由SO的二聚物及高分子量的齐聚物组成,其数均分子量Mn分别达到2 735和5 434.此外,PAR2的承载能力以及减摩抗磨性能优于175BS;这是由于PAR2在金属表面形成的由羧酸铁组成的边界润滑膜与高价氧化铁膜共同作用,从而有效地减轻金属表面的摩擦与磨损所致.

石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
蒲吉斌, 王立平, 薛群基
2014, 34(1):93-112.
[摘要](2232) [PDF 2625KB](5814)
摘要:
本综述详细介绍了二维碳纳米材料-石墨烯的纳米摩擦学性能,以及作为纳米润滑薄膜、润滑添加剂和润滑填料的研究进展.总结了石墨烯的各种纳米摩擦机理,阐述了通过自组装、多层构筑、表面化学改性等技术改善石墨烯与基底的结合性、润滑剂中的分散性,与基体材料的界面结合强度以及石墨烯提高材料减摩抗磨性能的机制,并指出石墨烯作为高性能润滑材料仍需解决的问题及未来的研究趋势.

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