2015年35卷1期

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油气条件下供油时间对弹流润滑性能的影响分析
艾思源, 王文中, 赵自强
2015, 35(1):1-7. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.001
[摘要](1748) [PDF 2248KB](1301)
摘要:
采用油气发生器,通过润滑剂厚度测量试验,建立了表面油层随供油时间变化关系.基于点接触乏油润滑模型和滚道表面油膜衰减模型研究了不同速度、载荷和表面粗糙度条件下自由表面油层厚度对润滑性能的影响.结果表明油气润滑条件下建立充分供油条件所需时间基本不随工况条件而变化,存在最佳供油时间和供油间隔.

GCr15/35CrMo摩擦副的塑性接触面积对滑动磨损的影响
党兴武, 黄建龙, 陈生圣
2015, 35(1):8-14. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.002
[摘要](1171) [PDF 1288KB](1337)
摘要:
基于分形理论,计算了35CrMo钢试样经过压缩疲劳试验后变形区域以及和GCr15配副滑动磨损后的实际接触面积Ar、塑性接触面积Arp和塑性接触面积比率Arp/Ar,分析了塑性接触面积Arp和塑性接触面积比率Arp/Ar的变化量δArpδArp/Ar与磨损量的关系,采用扫描电子显微镜观察了35CrMo钢试样磨损表面的形貌.结果表明:35CrMo试块经过压缩疲劳以及和GCr15配副滑动磨损后,接触面材料的剥落引起了塑性接触面积Arp和塑性接触面积比率Arp/Ar的减少,塑性接触面积比率的变化量δArp/Ar可以描述磨损量的变化,当δArp/Ar<-0.5时,磨损量急剧增加.

基于承载接触特性的直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率研究
董皓, 方宗德, 张君安
2015, 35(1):15-22. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.003
[摘要](1485) [PDF 1336KB](1295)
摘要:
为了解决直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率的问题,基于弹性流体动力润滑理论,提出了一种计算直齿面齿轮啮合效率的方法.首先,运用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析技术(LTCA)对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;其次,运用非牛顿准稳态热弹流理论建立滑动摩擦系数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型,最后分析了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响.结果表明:滑动摩擦系数是影响齿轮啮合效率的重要因素;齿面不同位置滑动摩擦系数也不相同;滑动摩擦系数受输入转速、输入扭矩的影响.该方法为直齿面齿轮的进一步优化计算提供一定的理论依据.

材料表面润湿性调控及减阻性能研究
郭瑞生, 魏强兵, 吴杨, 胡海豹, 周峰, 薛群基
2015, 35(1):23-30. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.004
[摘要](1506) [PDF 1574KB](1601)
摘要:
设计合成不同结构的自组装分子,使其可以在不改变表面粗糙度的情况下改变表面的润湿性能;利用低表面能涂层修饰粗糙表面得到超疏水表面.采用流变仪和水洞试验分别在层流和湍流流动状态下测试了具有不同润湿行为的亲、疏水材料的减阻性能.结果表明:在层流流动状态,随着不同表面的接触角从13°增加到45°、113°和161°,减阻率随之从1.8%增大到7.2%、7.9%和14.9%;在湍流流动状态下,自组装涂层接触角为13°、45°和113°的三组模型的平均减阻率为0.8%、1.9%和6.8%,最大减阻率分别可达3.6%、9.2%和18.0%.两种流体流动中均存在材料表面水接触角增加减阻效率增大的行为.

直流磁场下销盘摩擦过程中的电磁感应力矩分析
韩红彪, 吴育兵, 张永振, 杜三明, 高云凯
2015, 35(1):31-36. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.005
[摘要](1350) [PDF 1148KB](1631)
摘要:
为了研究磁场对材料摩擦磨损性能的影响,本文分析了直流磁场下销盘摩擦过程中的涡流和电磁感应力,并通过积分得到感应力矩的计算公式.在销盘0.1 mm间隙时检测了磁吸力和在不同试验条件下盘试样所受的感应力矩,利用试验数据对感应力矩公式中的修正系数进行了最小二乘法拟合,所得感应力矩公式的计算结果与不同电流和转速下的试验数据很好地吻合.在摩擦磨损过程中,可利用感应力矩公式计算出相应试验条件下盘所受的感应力矩,分析其对摩擦系数的影响.

PCBN刀具切削GH706磨损特征研究
计伟, 刘献礼, 范梦超, 尤海燕, 李瀚洋
2015, 35(1):37-44. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.006
[摘要](1205) [PDF 3134KB](1239)
摘要:
本文中采用PCBN刀具对镍基高温合金GH706车削试验研究刀具磨损并对比刀具材料.首先观察PCBN刀具的磨损形貌,根据其位置、形态等特点进行分类,分别为主切削刃边缘崩刃、主切削刃微崩刃及后刀面磨损、主副切削刃交界后刀面磨损、副切削刃微崩刃及副后刀面磨损等,从而将PCBN刀具磨损形式进行全新的定义,并根据刀具、工件属性以及切削过程刀-屑-工件相互作用特点,分析了不同类型磨损形成的原因.然后研究刀具磨损形貌随切削进程的变化规律,揭示了PCBN刀具切削GH706的失效历程.最后对比了5种不同PCBN材料的刀具的前、后刀面磨损状态,得到了CBN含量、结合剂种类对刀具磨损的影响规律,为高效切削镍基高温合金用PCBN刀具设计及应用提供技术指导.

等径角挤压后Ti5553钛合金的冲蚀磨损机理演变
李振华, 华晨, 程先华
2015, 35(1):45-52. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.007
[摘要](1321) [PDF 1992KB](1274)
摘要:
本文中系统研究了经等径角挤压(ECAE)处理后的Ti5553钛合金在海砂环境中的冲蚀磨损机理演变历程和失效原因.发现Ti5553钛合金在高角度冲蚀工况下,其冲蚀磨损机理从初期的微切削转变为冲击挤压变形,并保持稳定;合金显微组织中弥散的α相以及ECAE工艺影响了冲蚀机理演变过程及冲蚀磨损程度;提高合金的强度、韧塑性对于抵抗冲蚀磨损起到了促进作用.

粗糙薄层弹性体接触刚度分析
李治伟, 周平, 金洙吉
2015, 35(1):53-58. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.008
[摘要](1167) [PDF 1897KB](1199)
摘要:
薄层弹性体功能结构表面在工程领域有着广泛的应用前景,薄层弹性体的接触特性分析对功能结构表面设计与应用非常重要.采用随机粗糙表面模拟生成技术和有限元分析技术建立了粗糙薄层弹性体表面的接触刚度确定性分析模型,研究了薄层弹性体的接触特性,对基于半数值确定性分析方法的粗糙层-基体层串联模型用于粗糙薄层弹性体接触刚度计算的适用性进行了讨论,进一步分析了粗糙薄层弹性体串联模型接触刚度的误差来源.研究结果表明:当薄层弹性体的基体层厚度小于10倍表面均方根粗糙度时,由传统粗糙层-基体层串联模型分析获得的粗糙薄层弹性体刚度误差将超过15%,误差主要来源于粗糙峰的大变形和基体层的局部变形不均匀的共同作用.

磨损加疲劳载荷下的协同疲劳行为
梁益龙, 易艳良, 汪航
2015, 35(1):59-65. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.009
[摘要](1174) [PDF 1138KB](1200)
摘要:
自行研制的摩擦磨损装置与轴向疲劳试验机相互配合,实现GDL-1钢试样在疲劳应力(240~280 MPa)及接触载荷(30 N)作用下摩擦磨损疲劳试验.通过对磨损层厚度的分析,研究试样承受摩擦磨损载荷及拉压疲劳载荷双重作用下的疲劳寿命变化,用SEM扫描电镜观察分析次表层内疲劳裂纹扩展的演变过程,并采用Hertz线弹性理论和Smith接触理论计算分析摩擦表面以下切应力值.结果表明:在磨损疲劳载荷作用下,形变层的流变作用将显著影响疲劳小裂纹扩展方向,渐趋于切应力方向,从而提高试样疲劳寿命.在此基础上,建立了在摩擦磨损疲劳载荷下疲劳裂纹扩展模型.此外,计算可知在距表层深度0.03 mm处切应力最大,0.18 mm以内材料产生塑性变形,导致形变层的形成.

皮肤往复摩擦条件下的损伤研究
石磊, 谢旭辉, 徐萍, 李炜
2015, 35(1):66-73. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.010
[摘要](1164) [PDF 1369KB](1252)
摘要:
选用成年健康活体兔皮肤替代残肢皮肤,在UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机上通过模拟残肢皮肤/接收腔界面间的黏着和中间过渡摩擦行为,对兔皮肤的摩擦系数、Ft-D曲线、能量损耗以及这两种摩擦行为所引起的兔皮肤摩擦损伤机理进行了研究.结果表明:在0.5或3.5 N法向力作用下,随着往复摩擦位移从±2.5 mm增加到±5 mm,兔皮肤的摩擦行为从黏着状态转变到中间过渡状态,往复摩擦过程中的能量损耗增加;由于中间过渡状态下的兔皮肤摩擦系数较高,能量损耗较大,因而造成的皮肤损伤程度比黏着状态严重;与人体手掌或脚掌皮肤相比,兔皮肤的角质层较薄,很难形成摩擦水泡.

球轴承启停过程的瞬态热混合润滑分析
卢宪玖, 王优强, 刘昺丽, 律辉
2015, 35(1):74-81. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.011
[摘要](1374) [PDF 805KB](1271)
摘要:
建立了角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑了热效应和时变效应的Reynolds方程,对启动和制动过程中的球轴承瞬态热混合润滑问题进行了分析,考虑了不同加速度启动工况下的瞬态热混合润滑情况.结果表明:启动过程中,随转动速度的增大,最小膜厚增大,轴承逐渐由边界润滑进入弹流润滑状态;不同滑滚比下进入弹流润滑状态的时间有所不同,随着滑滚比的增大,进入弹流润滑的时刻有所推迟,轴承处于同一转速条件下的油膜厚度变小;随着转速的增大,油膜温度升高,最高油膜温度增长幅度减小;加速度的增大使边界润滑消失的时间提前,随着转速的增加,油膜温度增大,且在同一时刻加速度越大油膜温度越高;油膜减小过程中的挤压膜作用导致轴承制动过程中的油膜厚度大于启动过程中的油膜厚度;由于在相同转速下轴承在启动时处于边界润滑状态,而在制动时处于弹流润滑状态,润滑状态的不同导致制动过程中的最高油膜温度较启动过程较小.

直流法制备类富勒烯碳氢薄膜的摩擦学性能研究
欧玉静, 郭俊猛, 王永富, 高凯雄, 梁爱民, 张斌, 张俊彦
2015, 35(1):82-89. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.012
[摘要](1095) [PDF 3503KB](961)
摘要:
采用直流等离子体化学气相沉积(dc-PECVD)技术,以甲烷为前驱体,在单晶硅表面制备了含氢类富勒烯(FL-C:H)薄膜.简化了含氢类富勒烯(FL-C:H)薄膜的脉冲偏压协助等离子体化学气相制备过程(mc-PECVD),通过高分辨率透射电镜和拉曼光谱确定了FL-C:H薄膜的微观结构和薄膜内的富勒烯含量;通过纳米压痕和往复摩擦试验对比了两种方法制备的FL-C:H与传统的DLC薄膜的硬度及摩擦性能.结果表明:与用脉冲偏压协助方案制备的含氢类富勒烯薄膜相比,直流方案制备的FL-C:H薄膜具有相似的微观结构,更优异的机械特性及摩擦学性能,同时该薄膜表现出对载荷、频率和相对湿度的低敏感性.

新型超声磨粒传感器输出特性研究
徐超, 张培林, 任国全, 王正军, 李一宁, 吕纯
2015, 35(1):90-95. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.013
[摘要](1075) [PDF 2522KB](1013)
摘要:
设计了一种新型超声磨粒传感器,对传感器的输出一致性以及油液温度、黏度对传感器输出的影响进行了试验分析.结果表明:该超声磨粒传感器能够有效检测润滑油中小至45 μm的磨粒并且具有良好的输出一致性;传感器的输出随着油液温度与黏度的增加而减小;高温时,因温度升高导致的换能器性能下降明显;低温时,高黏度油液对声波的吸收衰减作用显著.提出了磨粒在检测区域中的轴向位置及油液温度、黏度影响因素的修正方法.

胍盐离子液体对钢/铝摩擦副的摩擦性能研究
于桂琴, 刘建军, 梁永民
2015, 35(1):96-101. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.014
[摘要](1287) [PDF 1013KB](1253)
摘要:
合成了两种胍盐离子液体,采用热重分析仪评价其热稳定性.利用SRV往复摩擦试验机测试了离子液体的摩擦学性能并与常规离子液体和液体石蜡进行了对比.利用扫描电子显微镜观察磨斑处的形貌并用X射线光电子能谱仪表征了磨斑表面的化学状态,并对润滑机理进行了分析.结果表明:胍盐离子液体对钢/铝摩擦副具有优异的摩擦学性能;摩擦过程中,钢/铝摩擦副界面发生了复杂的摩擦化学反应并形成了边界润滑膜.

Ti3SiC2/Cu摩擦副的载流摩擦学性能
曾俊菱, 海万秀, 姚瑞清, 阳雪衡, 宋波涛, 王海忠, 孟军虎, 吕晋军
2015, 35(1):102-107. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.015
[摘要](1304) [PDF 1447KB](1334)
摘要:
本文中考察了Ti3SiC2/Cu摩擦副在干摩擦和微量离子液体润滑条件下的载流摩擦学特性.在干摩擦条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副的摩擦系数值为0.6~0.75.当滑动速度从0.11增至0.33 m/s时,接触电阻降低小,在Ti3SiC2栓磨损表面有Cu的转移膜形成.当滑动速度为0.44和0.56 m/s时,栓/盘接触不稳定并且产生电火花,表明在机械磨损和电磨损共同作用下Ti3SiC2栓发生了严重磨损.在微量离子液体润滑条件下,Ti3SiC2/Cu摩擦副处于边界润滑状态,随着滑动速度的提高,摩擦系数由0.08增至0.2.当滑动速度高于0.33 m/s时,产生长约数厘米、平均直径53 μm的弯曲缠绕的铜丝,这是相对较硬的Ti3SiC2对Cu盘犁削作用的结果.铜丝将离子液体"扫离"了摩擦表面,并且对摩擦学性能和电性能造成不利影响.

聚合物仿生润滑剂研究进展
刘国强, 郭文清, 刘志鲁, 蔡美荣, 王晓龙
2015, 35(1):108-120. doi: 10.16078/j.tribology.2015.01.016
[摘要](1678) [PDF 4611KB](1746)
摘要:
生物体内界面之间表现出了极低的摩擦系数,生物大分子润滑剂在其中起到了重要的润滑作用.受此启发,仿生润滑剂的设计和相关润滑机理的研究引起了科研工作者的广泛关注.本文从结构仿生和功能仿生两个方面,综述了聚合物仿生润滑剂的研究进展,分类介绍了水溶性高分子、聚合物微凝胶、聚合物刷修饰复合微球作为仿生润滑液的设计思路、润滑机理及应用研究.

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