2018年38卷2期

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混合润滑下短齿啮合对行星齿轮接触疲劳的影响
戴翎, 蒲伟, 田兴, 王家序, 肖科
2018, 38(2):121-128. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.001
[摘要](1487) [HTML全文] (511) [PDF 2221KB](46)
摘要:
少齿差行星齿轮为避免齿顶干涉,通常会减小齿高,这可能会导致齿面实际接触宽度小于理论赫兹接触宽度,降低齿面接触强度. 鉴于此,为研究少齿差行星传动短齿制对齿轮接触疲劳的影响,综合考虑了轮齿接触宽度、楔形间隙、齿宽有限长和齿面粗糙度等因素,建立少齿差行星齿轮短齿啮合的混合润滑统一方程,求解出啮合齿对间的压力分布、摩擦系数和轮齿接触区次表面应力分布,根据Zaretsky接触疲劳寿命计算模型,对不同工况下不同啮合位置的轮齿接触疲劳寿命进行预测. 结果表明:接触宽度在少齿差行星齿轮的疲劳寿命预测中不容忽视,短齿啮合模型下的楔形间隙对啮入和啮出过程的疲劳寿命有不同影响.

基于Circular模型的大剪应变率点接触弹流界面滑移数值分析
刘奕壕, 黄柏林, 付忠学, 郭峰, 胡松钰
2018, 38(2):129-137. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.002
[摘要](1497) [HTML全文] (650) [PDF 1049KB](59)
摘要:
采用Circular流变模型,将假定的流体的极限剪应力特性模型拟合入Reynolds方程,编写Fortran语言程序,数值模拟界面滑移效应. 计算从弹流润滑(EHL)延展到动压润滑(HL)区域. 随着速度增加,摩擦系数曲线出现反常波动,表现为两个异常拐点. 在中、高速度下,模拟获得的接触轮廓等值线图中观测到入口凹陷及中心区下凸. 进一步讨论了载荷、速度、综合弹性模量、滑滚比等因素对滑移的影响. 界面滑移效应被认为是产生反常接触轮廓和摩擦力波动的主因,与试验结果互为验证.

纳观分形粗糙表面的建模分析
黄健萌, 戴煜宸, 林有希, 高飞翔
2018, 38(2):138-144. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.003
[摘要](1193) [HTML全文] (559) [PDF 2471KB](40)
摘要:
采用删除原子法对纳观粗糙表面的建模进行了研究. 研究表明:利用含有原子、晶格等信息的标准data文件,根据边界特性删除原子,结合分形理论,可建立出具有分形粗糙特征的纳观模型. 由W-M分形函数决定的粗糙表面,以最小的晶面距离作为扫描间距时,易出现含有孤立原子列的不合理结构,为了后续粗糙面纳观摩擦接触模拟分析,可通过傅里叶变换及滤波处理消除孤立的原子列,但滤波处理会导致某些分形特征的消失,通过适当增大滤波器的通带半径,再利用能量最小化的方法优化初始结构,可保留粗糙面原有的分形特征. 试验表明,该方法能有效建立与实际表面相符的纳观分形粗糙面数字化表征模型.

关节软骨与髋关节陶瓷材料往复旋转运动摩擦行为研究
李锋, 薄路铖, 陈景福, 郭红, 张桂林, 王成焘
2018, 38(2):145-152. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.004
[摘要](1135) [HTML全文] (471) [PDF 1627KB](37)
摘要:
针对半髋置换的磨损问题,采用天然关节软骨与髋关节陶瓷材料在往复运动试验机上进行摩擦学试验研究. 将关节材料测试领域常见的往复运动方式变为往复旋转运动方式以更加接近仿生. 研究中还对摩擦时间、负载、速度和润滑的影响进行了研究,对材料形貌进行观测和分析. 结果表明:随着载荷的增大摩擦系数相应减小,随着载荷从10 N增至22 N,软骨与陶瓷球头之间的摩擦系数从0.068降至0.049. 随着速度增大摩擦系数增大,载荷为10 N时,速度从10 mm/s增至20 mm/s时,配副摩擦系数从0.068增至0.093. 经过长时间试验,往复旋转运动方式下关节软骨表面出现磨损. 透明质酸溶液作为润滑剂可以有效降低摩擦. 试验后软骨表面粗糙度有小幅度增大,磨损形式是磨粒磨损和表面疲劳磨损两种方式.

铜基粉末冶金干式摩擦副磨合过程摩擦性能研究
李和言, 马成男, 吴健鹏, 师路骐, 刘继凯, 李明阳
2018, 38(2):153-160. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.005
[摘要](1143) [HTML全文] (423) [PDF 2474KB](41)
摘要:
离合器摩擦副磨合过程对其摩擦性能有重要影响. 以铜基粉末冶金摩擦片和65Mn对偶片构成的干式离合器摩擦副为研究对象,针对实车工况,制定加载工况表,利用摩擦磨损试验机(UMT-5)进行销-盘试验:引入摩擦系数采样段均值系数H和摩擦波动系数D,对磨合状态的识别进行了研究;同时分别研究了转速、压力、温度分别对摩擦副磨合进程和磨损量的影响;分析磨合过程对摩擦性能的影响;同时利用白光干涉仪观察磨合过程中的磨擦盘表面形貌,计算接触区域面粗糙度,探究磨合机理. 结果表明:当摩擦系数采样段均值系数H≤0.02,且摩擦波动系数稳定在D≤0.16时,认为磨合完成. 不同加载工况对磨合快慢有明显影响;与速度和压力两个影响因素相比,温度对磨合过程磨损量的影响更为显著;经历有效磨合过程后的磨擦副摩擦系数较稳定,且比未经历过磨合过程的摩擦副小35%~45%左右,同时磨损量也减小30%~40%;随着磨合时间的增加,面粗糙度初期迅速减小,后期趋于平稳.

Ni-Mo基高温自润滑复合材料摩擦学性能的研究
李珍, 张亚丽, 周健松, 王静波, 陈建敏
2018, 38(2):161-169. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.006
[摘要](1100) [HTML全文] (1220) [PDF 7377KB](45)
摘要:
用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)技术制备了Ni-Mo-PbO高温自润滑复合材料,分析Ni-Mo-PbO复合材料的微观组织结构,研究了Ni-Mo-PbO复合材料从室温至700 ℃的摩擦学性能. 在烧结过程中,PbO和Mo之间发生了氧化还原反应,SPS烧结制备的Ni-Mo-PbO复合材料主要由Ni的固溶体、Pb和钼的氧化物组成.复合材料的摩擦和磨损性能与温度有关.Ni-Mo-PbO复合材料的摩擦系数随着温度的增加先减小后增加. 磨损率随着温度的增加先减小后稍有增加. 少量的PbO加入到镍基合金中显著改善了镍基复合材料的高温摩擦磨损性能. 尤其在约500 ℃时,复合材料显现出非常低的摩擦系数(0.09)和磨损率[约2.8×10–6 mm3/(N·m)],这归因于主要由PbO、少量的NiO及钼酸盐组成的致密的润滑膜的形成.

固体润滑剂对稻壳基陶瓷材料干摩擦行为的影响
王棒棒, 胡恩柱, 胡献国, 史彬, 杨伟, 胡坤宏, 宋汝鸿, 杨炳训
2018, 38(2):170-179. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.007
[摘要](1086) [HTML全文] (400) [PDF 7066KB](37)
摘要:
为实现稻壳资源的综合利用,本文作者以稻壳粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,石墨和二硫化钼为固体润滑剂,制备出稻壳基陶瓷复合材料,并研究其摩擦学性能,为稻壳基陶瓷材料在滑动轴承和电机电刷领域的应用奠定基础. 在可控氛围微型摩擦磨损试验仪上,研究了不同载荷和转速下,石墨和二硫化钼对稻壳基陶瓷颗粒复合材料的摩擦学行为的影响. 结果表明:添加质量分数10%石墨(或二硫化钼)于稻壳基材料中,材料的抗磨和减摩性能均得到明显的改善. 在一定的载荷和速度下,添加石墨的稻壳基陶瓷复合材料的摩擦学性能优于添加二硫化钼稻壳基陶瓷复合材料. 其中,石墨复合材料容易在低载荷(或转速)下,形成致密的摩擦膜起到一定的抗磨减摩功效;而二硫化钼的复合材料摩擦过程容易形成磨屑,致使材料表面形成微坑,使得抗磨性能降低. 在高载荷或高转速时,两者均会因摩擦力诱导材料表面发生疲劳磨损,出现大量的坑槽,加剧磨损.

支点变形对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响
王占朝, 刘莹, 郭飞, 刘向锋, 王玉明
2018, 38(2):180-188. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.008
[摘要](810) [HTML全文] (385) [PDF 2452KB](21)
摘要:
本文中建立了水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,采用Hertz接触模型,以自定义可倾瓦推力轴承起动过程发生初始倾斜时刻转速—初始倾斜转速Uft为对象,分析了支点接触与磨损变形量、载荷大小对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响. 初始倾斜转速Uft随着支点变形量增大而增大,随着载荷增大而增大. 在给定可倾瓦推力轴承可接受初始倾斜转速最大值Uftc情况下,几何尺寸确定可倾瓦推力轴承载荷及支点变形均存在最大值. 采用水润滑可倾瓦推力轴承性能试验台进行模型验证,结果表明:Uft测量值与数值分析结果吻合度较高,误差小于10%;采用加速度传感器及扭矩传感器联合方法可以比较准确地判断出轴承推力瓦发生倾斜时刻,从而确定可倾瓦推力轴承的Uft值.

自旋转磁极在合金管内表面精密抛光中的应用
杨海吉, 韩冰, 陈燕, 应骏, 解志文
2018, 38(2):189-195. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.009
[摘要](771) [HTML全文] (905) [PDF 3986KB](19)
摘要:
利用磁力研磨法对合金管件内表面进行精密抛光时,通常在管腔内添加辅助磁极来提高单位空间内的磁感应强度,从而增大研磨效率. 但添加辅助磁极后,由磁性磨粒组成磁粒刷的刚性提高,导致单个磁性磨粒的运动轨迹过于单一,易在管件表面出现较深划痕. 针对这一问题,提出对辅助磁极添加一个径向旋转运动,从理论上分析了单个磁性磨粒的运动轨迹对表面质量的影响,并对钛合金管内表面进行了精密抛光试验. 试验结果表明:当管件转速为1 000 r/min、辅助磁极转速为1 800 r/min、磁性磨粒的平均粒径为250 μm时,研磨效果最佳,研磨50 min后,表面粗糙度值稳定至Ra 0.11 μm,材料去除量可达850 mg,表面质量得到明显改善.

滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响
杨亮, 侯玉欣, 何洪途, 张亚锋, 余家欣
2018, 38(2):196-203. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.010
[摘要](1226) [HTML全文] (433) [PDF 1113KB](25)
摘要:
通过直线往复摩擦磨损试验机,采用氧化铝陶瓷球作为对摩副,分别在低载和高载下研究了潮湿空气中滑动速度对磷酸盐激光玻璃摩擦磨损性能的影响. 结果表明:磷酸盐激光玻璃表面的摩擦系数随速度的增加而降低,这种降低在低载下表现得更为明显. 低速滑动下,玻璃上的磨屑主要聚集在磨痕的端部;高速滑动下,由于接触粗糙峰的局部温升引发黏着磨损,磨屑更容易粘附于磨痕的中心,且载荷越大界面局部温升越大,黏着磨损更为显著. 随着速度的增加,磷酸盐玻璃的磨损深度和体积减小,这是由于速度的增加导致水分子在接触界面的驻留时间变短,且高速滑动带来的温升使界面吸附水膜更难形成,因此水参与的摩擦化学磨损被削弱. 相对于高载而言,低载下滑动速度对材料去除的影响更为明显,这是由于低载磨损时相对较低的摩擦温升更有利于界面水膜的稳定形成,因而水参与的摩擦化学反应对材料去除的贡献更大.

表面织构化机械密封热弹流润滑性能分析
杨笑, 孟祥铠, 彭旭东, 王玉明
2018, 38(2):204-212. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.011
[摘要](867) [HTML全文] (794) [PDF 1737KB](48)
摘要:
综合考虑密封端面间的粗糙表面接触、热弹性变形和黏温效应,结合JFO空化条件,建立了混合润滑状态下织构化端面机械密封的热弹流润滑(TEHD)理论分析模型. 在航空泵用机械密封的操作工况范围内,应用有限单元法数值分析了圆形、方形和三角形等几种典型表面织构机械密封在稳定状态下的端面液膜压力、膜厚和膜温分布,以及对密封性能参数的影响规律. 结果表明:表面织构对端面压力和温度分布影响很大;端面开三角形织构2的机械密封能获得最大的液膜承载比、最小摩擦系数、最高液膜刚度,在低压下能满足泄漏要求,因此性能最优.

氦气-空气混合环境中微型螺旋槽止推气浮轴承的承载特性分析
张传伟, 葛泉江, 解志杰, 王黎钦, 孙涛, 马欣新, 古乐
2018, 38(2):213-219. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.012
[摘要](1133) [HTML全文] (982) [PDF 866KB](34)
摘要:
针对氦气-空气混合气体环境,分析了不同氦气体积含量下混合气体的黏度和分子平均自由程,利用有限单元法求解雷诺方程二阶滑移修正模型,计算了微型螺旋槽气浮轴承的气压和气膜厚度,研究了氦气体积含量、螺旋槽深度和转速对气浮轴承承载能力的影响. 分析结果表明:当螺旋槽深度由1 μm增至10 μm时,气浮轴承的气膜厚度先增加后减小,槽深为5 μm时,气膜厚度最大,气浮轴承的承载能力最佳. 此外,当槽深小于5 μm时,混合气体的分子平均自由程对气膜厚度的影响较大;当槽深大于5 μm时,混合气体黏度的影响起主导作用.

轴向槽动压滑动轴承非线性油膜力解析模型
张永芳, 张伟, 党超, 李贤伟, 李莎, 吕延军
2018, 38(2):220-228. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.013
[摘要](777) [HTML全文] (405) [PDF 1025KB](34)
摘要:
本文中提出了一种求解流体润滑轴向槽径向滑动轴承非线性油膜力的解析模型. 采用油膜气穴边界条件,基于Sturm-Liouville理论,求解了非线性油膜的压力分布. 为了便于求解油膜动压润滑的Reynolds方程,将油膜压力函数分解为特解和通解相加的形式,润滑油膜的破裂位置通过连续性条件确定. 运用分离变量法,将特解的压力分布分解为周向分离函数和轴向分离函数相加的形式,周向分离函数运用Sommerfeld变换求解. 将通解的压力分布分解为周向分离函数和轴向分离函数相乘的形式. 采用变量代换,将周向分离函数方程转化为Sturm-Liouville型方程,根据边界条件求得本征值和本征函数系,进而得到通解的周向压力分布;通过求解微分方程,得出轴向分离函数为含本征值的双曲正切函数. 在油膜完备区域,对油膜压力分布的解析表达式进行积分,从而求得有限宽轴向槽径向滑动轴承非线性油膜力. 计算结果表明:本文中提出的方法和有限差分法的结果吻合得较好,验证了本文中所提出解析模型的正确有效性.

煤矿钻杆用玻纤布复合材料摩擦磨损性能研究
朱文, 齐乐华, 潘广镇, 周宏, 李贺军
2018, 38(2):229-237. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.014
[摘要](1079) [HTML全文] (323) [PDF 3685KB](29)
摘要:
针对煤矿钻杆用摩擦材料使用寿命较短、钻杆作业时更换频繁等问题,采用树脂浸渍工艺制备碳化硅质量分数为0%、5%及10%的三种玻璃纤维布增强树脂基复合材料,借助湿式摩擦性能试验机、共聚焦显微镜、扫描电镜研究碳化硅含量对复合材料摩擦磨损性能、表面粗糙度及表面形貌的影响规律. 试验结果表明:加入适量的碳化硅可降低复合材料的瞬时制动稳定性及其动摩擦系数,可显著提高动摩擦系数和压力稳定性,并能有效降低复合材料的磨损率;当碳化硅质量分数为10%时,玻纤布复合材料的表面粗糙度最低,耐磨损性能最好.

口腔正畸摩擦研究进展
刘刚, 杨丽, 刘斌, 王晓龙, 周峰
2018, 38(2):238-246. doi: 10.16078/j.tribology.2018.02.015
[摘要](659) [HTML全文] (443) [PDF 2440KB](26)
摘要:
正畸矫治是使用有效力使牙齿产生生理性的移动. 一旦弓丝与托槽之间出现相对滑动的趋势时,摩擦力就会产生. 如何减少弓丝与托槽间的摩擦力,提高轻力矫治的有效性是目前正畸矫治需要克服的难点. 本文中阐述了口腔正畸摩擦力产生的力学基础,分析了影响正畸摩擦力的相关因素,对口腔正畸摩擦相关研究进展进行了综述分析.

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