2019年39卷3期

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2019-03ml目录
2019, 39(3):1-2.
[摘要](396) [HTML全文] (164) [PDF 457KB](17)
摘要:

自泵送流体动静压型机械密封自清洁性分析
陈群, 孙见君
2019, 39(3):259-268. doi: 10.16078/j.tribology.2018180
[摘要](695) [HTML全文] (196) [PDF 1029KB](54)
摘要:
流体楔入式非接触机械密封在流体动压的形成过程中,为防止流体中固体颗粒对密封端面的损伤,需增设辅助系统以提供洁净的阻塞流体,这增加了密封初期建设和维护周期成本. 针对一种新型的泵出式自泵送流体动压型机械密封,应用Fluent中Laminar模型和DPM模型仿真研究了其在不同颗粒直径、转速、压差、液膜厚度和颗粒体积浓度下的自清洁特性. 结果表明:排屑率整体上随着颗粒体积浓度增大而减小;当颗粒体积浓度足够低时,排屑率均会达到60%以上;随着颗粒直径增大,排屑率先增大后减小,在直径0.7 μm时排屑最高达79.35%.;随着转速增大,排屑率先下降后显著上升,在计算的0~6 000 r/min范围内排屑率达到94%;排屑率受液膜厚度和压差影响较小.

干气密封力学系统动态性能及其影响因素间的交互作用分析
陈源, 江锦波, 彭旭东, 严天宏, 李运堂, 李孝禄, 李纪云
2019, 39(3):269-278. doi: 10.16078/j.tribology.2018144
[摘要](694) [HTML全文] (167) [PDF 1764KB](40)
摘要:
在考虑转轴轴向振动的情况下,基于气体润滑和动力学相关理论,建立了微扰膜压控制方程和挠性安装静环运动方程. 研究了介质压力、螺旋角对干气密封动态特性和瞬态响应的影响;定义了膜厚扰动的突变峰和周期峰,并以突变峰或周期峰最小作为动态性能的优化目标,基于完全析因设计法,开展了高参数螺旋槽干气密封动态性能影响因素间的交互作用分析. 研究结果表明:高速条件下,膜厚振动型态受介质压力影响较大,当介质压力较小时,气膜动态阻尼较小,气膜振动初始阶段易发生波幅逐渐衰减的振荡,而当介质压力增大到一定程度时较大的气膜动态阻尼使膜厚振动迅速衰减,振荡现象消失;高速高压条件下,除挠性环质量和弹簧刚度对周期峰的影响存在显著交互作用外,其余各影响因素对突变峰和周期峰均不存在明显的交互作用,可独立开展优化而不牺牲其结果精度.

新型苯并三氮唑功能化离子液体的缓蚀与摩擦学行为研究
李毅, 张松伟, 丁奇, 胡丽天
2019, 39(3):279-286. doi: 10.16078/j.tribology.2019008
[摘要](699) [HTML全文] (189) [PDF 1215KB](51)
摘要:
合成了3种新型苯并三氮唑(BTA)阳离子功能化的离子液体,首先将3种离子液体作为0.5 M H2SO4溶液的缓蚀剂,利用电化学测试方法考察了对铜锡合金的缓蚀性能,电化学阻抗谱图和动电位极化曲线测试结果表明:3种离子液体均能够有效地抑制0.5 M H2SO4溶液对铜锡合金的腐蚀,起到较好的缓蚀效果. 考察了3种离子液体作为聚乙二醇(PEG)基础油添加剂时的摩擦学性能,结果表明:3种离子液体能够显著降低基础油的摩擦系数和磨损量,表现出较好的减摩抗磨性能. 利用SEM-EDS和XPS对磨斑进行了分析表征,发现摩擦化学产物和离子液体吸附膜构成的边界润滑膜是产生减摩抗磨效果的主要原因. 这种新型BTA阳离子功能化离子液体是一种兼具抗腐蚀性和优异摩擦学性能的多功能材料,在工业上具有非常广阔的应用前景.

球轴承多体弹性流体动力润滑研究
刘宇, 马志飞, 孟凡明
2019, 39(3):287-294. doi: 10.16078/j.tribology.2018153
[摘要](685) [HTML全文] (173) [PDF 1091KB](52)
摘要:
为准确分析球轴承的润滑性能,对其多个滚动体与外圈间的弹性流体动力润滑(EHL)特性进行了研究. 以深沟球轴承为例,建立了球轴承多个滚动体同时(多体)润滑的EHL模型,基于快速傅里叶变换(FFT)技术和低松弛迭代法对该模型进行求解,研究了多体润滑下中心滚动体的EHL性能,并和仅中心滚动体(单体)与外圈润滑的EHL特性进行了对比. 数值结果表明:与单体润滑相比,多体润滑下中心滚动体的油膜压力减小,二次压力峰向入口区移动. 相对单体润滑的中心膜厚,多体润滑下中心滚动体的中心膜厚会增加;中心滚动体的径向位移由10 μm增大到30 μm时,多体润滑下中心滚动体的承载力相对其单体润滑承载力的下降百分比由5.99%变化到9.70%.

叠片式气体箔片推力轴承热特性分析
李映宏, 胡小强, 张凯, 冯凯
2019, 39(3):295-303. doi: 10.16078/j.tribology.2018193
[摘要](562) [HTML全文] (148) [PDF 1362KB](27)
摘要:
叠片式气体箔片推力轴承具有制造工艺简单、散热能力强等优点,针对该新型轴承提出了相应的热特性分析模型,通过数值仿真分析得到轴承气膜及各元件的温度,并对关键影响参数进行了重点分析. 研究结果表明:由于气膜在半径较大位置处的线速度大,其剪切产热效果明显,温度越高,气膜的高温区分布在靠近周向末端和顶箔侧;气膜、顶箔和推力盘温度均会随推力盘转速和轴承载荷的增大而升高;向箔片结构中通入冷却气流可以获得良好的降温效果,轴承温度随着箔片内通入冷却气流量的增大,先迅速下降后趋于平缓.

热对流条件下考虑球形夹杂分布的材料热弹接触摩擦热影响分析
马力, 杨万友, 王家序, 黄彦彦, 周青华, 祝晋旋
2019, 39(3):304-312. doi: 10.16078/j.tribology.2018194
[摘要](724) [HTML全文] (195) [PDF 1379KB](27)
摘要:
机械传动关键活动零部件接触副往往受到力载荷和摩擦热载荷的耦合作用,使得接触界面间的接触力学行为的分析变得极其复杂. 利用基于等效夹杂方法建立的考虑热对流非均质材料热弹接触力学分析模型研究不同摩擦系数、夹杂位置和材料属性等参数对材料表面及内部温升及热应力分布影响规律. 此外,进一步分析了接触副材料中含分布球形夹杂时摩擦热造成的影响. 结果表明:接触副表面温升梯度受热对流系数的影响较大;下表面温升和热应力随摩擦系数增大而增大;分布夹杂则将接触副材料下表面温升及热应力分布变得更为复杂.

高速涡轮泵机械密封端面温度变化规律研究
彭旭东, 金杰, 李定, 江锦波, 孟祥铠, 李纪云
2019, 39(3):313-318. doi: 10.16078/j.tribology.2018095
[摘要](604) [HTML全文] (139) [PDF 2999KB](31)
摘要:
以高速涡轮泵用机械密封为研究对象,以15#液压油为试验介质,考虑循环冷却量、转速、介质压力以及不同摩擦副配对等因素,采用自行搭建的高速密封试验台开展端面温度变化规律的研究. 结果表明:对于高速机械密封,上述因素均对端面温度产生影响,其中转速对端面温度的影响基本成线性关系,循环冷却量对端面温度的影响存在一个阈值,建议实际设计时取阈值的120%,介质压力对端面温度产生影响较大,但是影响程度不如转速;以尽可能获得低的端面温度值来判断,用作静环时浸渍树脂石墨比普通石墨合适,用作动环时碳化硅比钼合金合适.

应用于高速轮轨滚动接触的蠕滑理论算法对比研究
戚壮, 梁钰, 王晓雷, 张千冀
2019, 39(3):319-329. doi: 10.16078/j.tribology.2018188
[摘要](591) [HTML全文] (157) [PDF 1441KB](23)
摘要:
运用多体动力学仿真软件UM建立了车辆-轨道多体动力学模型,并基于轮轨滚动蠕滑理论对比分析了FASTSIM算法与CONTACT算法两者在稳态和瞬态滚动状态中轮轨动态作用力之间的差异.计算结果表明:列车以稳态滚动状态行驶在直线轨道和曲线轨道上时通过FASTSIM算法计算得出的横、纵向轮轨蠕滑力与CONTACT算法的计算值存在的差异值较小,达到了10%~15%,而在瞬态滚动状态下尤其是在大蠕滑以及考虑风阻等比较恶劣的工况下行驶时计算得出的横、纵向蠕滑力与CONTACT算法的计算值存在较大的误差,差值达到了25%,并且随着车速的增加,最大差异值达到了30%,这表明CONTACT算法在瞬态滚动工况下进行蠕滑力计算上相比于FASTSIM算法更加精准,更适用于作出对列车运行时的安全性方面的评价.

碳纤维切向微动磨损特性研究
王梦婕, 彭金方, 庄文华, 张晓宇, 蔡振兵, 朱旻昊
2019, 39(3):330-339. doi: 10.16078/j.tribology.2018168
[摘要](620) [HTML全文] (179) [PDF 1293KB](34)
摘要:
在自制的多功能微动腐蚀试验机上,通过改变法向载荷和位移幅值,以碳纤维为研究对象开展球-面接触模式下的微动磨损试验. 建立了微动运行工况图、Ft-D曲线和摩擦系数曲线,探究了碳纤维的微动磨损运行特性;结合光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、白光干涉仪和X射线光电子能谱(XPS)对磨损形貌及磨屑成分进行了分析,探究了碳纤维的微动磨损机理. 结果表明:随法向载荷的减小、位移幅值的增加,微动磨损区域由部分滑移区、混合区向滑移区转变. 摩擦系数随法向载荷的增加而减少,随位移幅值的增加而增加. 磨损体积随法向载荷和位移幅值的增加而增加;在部分滑移区和混合区,磨损率随载荷的增加而减小,在滑移区,磨损率存在波动,但依旧呈上升趋势. 混合区和滑移区的磨损机理为磨粒磨损、剥层和氧化磨损,但混合区氧化磨损较为严重. 位移幅值和法向载荷对碳纤维微动磨损行为影响较大,对摩擦系数以及磨损体积也有较为显著的影响. 混合区和滑移区微动磨损机理主要表现为磨粒磨损、剥层和氧化磨损.

接触角滞后与流体动压润滑的相关性研究
王茜, 韩素立, 郭峰, 李超
2019, 39(3):340-349. doi: 10.16078/j.tribology.2019007
[摘要](714) [HTML全文] (143) [PDF 1324KB](29)
摘要:
理论研究表明不同润湿性界面对流体动压润滑油膜厚度有着显著地影响,一般采用接触角(CA)来表征固液界面润湿性. 而由热力学原理推导出的界面势能垒理论模型不仅与接触角相关,也是接触角滞后(CAH)的函数. 本文作者通过对不同基体材料的滑块进行表面张力修饰,获得了不同亲和性的界面. 利用干涉法及荧光法分别测量了不同润湿性界面的流体动压润滑膜厚及油膜受剪切的流动特性,研究了接触角及接触角滞后两个界面参数对流体动压润滑油膜厚度的影响,并对势能垒与接触角滞后的关系进行了讨论. 结果表明:接触角与流体动压润滑油膜厚度的相关性较差,接触角滞后可以更好地表征界面效应对流体动压润滑油膜厚度的影响.

无氢类金刚石薄膜表面H2O和O2分子共同作用的第一性原理计算
王顺花, 霍磊, 鞠鹏飞, 蒲吉斌
2019, 39(3):350-356. doi: 10.16078/j.tribology.2018013
[摘要](504) [HTML全文] (118) [PDF 751KB](21)
摘要:
无氢类金刚石碳基薄膜(Diamond-like carbon,DLC)在潮湿大气环境中具有较低的摩擦系数,这主要是由于环境中的H2O和O2两种活性分子钝化了无氢DLC薄膜表面的悬键,但迄今两种活性分子对无氢DLC薄膜低摩擦行为的协同影响机制仍不清楚. 本文中通过第一性原理计算方法研究了H2O和O2分子共存时在金刚石表面的钝化状态,并推测了无氢DLC薄膜实现低摩擦的可能途径. 结果表明:H2O和O2两种活性分子在金刚石表面分解形成OH、H及O基团,其中O原子和H原子的相互吸引能够促使其形成OH基团. 当H2O分子和O2分子按比例2:1共存时,金刚石表面全部由OH基团钝化,而非2:1比例时,金刚石表面会形成C-OH、C-H和C-O共存的复杂情况.

球化退火态重载车轮钢CL70磨损性能及组织演化
王文宇, 刘德义, 赵秀娟, 刘鹏涛, 任瑞铭
2019, 39(3):357-365. doi: 10.16078/j.tribology.2018182
[摘要](484) [HTML全文] (139) [PDF 2528KB](23)
摘要:
对CL70重载车轮钢进行球化退火获得球状珠光体组织. 将组织为片状珠光体和球状珠光体的CL70分别与U75V钢轨钢在滚动摩擦磨损试验机上以相同参数进行干摩擦纯滚动试验. 使用称重法测量磨损量、利用带电子背散射衍射附件的扫描电子显微镜及显微硬度计对两种组织形态的试样运行表面进行组织及硬度变化情况的观察与分析. 结果表明:球状珠光体组织磨损性能不及片状珠光体组织. 二者的磨损机制和强化机制不同,片状珠光体组织以疲劳磨损为主,通过塑性变形和晶粒不断细化至纤维状再到纳米晶,位错不断累积并达到良好的强化效果. 球状珠光体组织以黏着磨损为主,只有铁素体和少量渗碳体变形和碎化,硬度提升主要来自于渗碳体颗粒周围的位错集中,硬化效果较差.

MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC配对副的摩擦磨损性能
颜建辉, 康蓉, 黄金鑫, 汪异, 康永海
2019, 39(3):366-373. doi: 10.16078/j.tribology.2018190
[摘要](545) [HTML全文] (128) [PDF 1939KB](28)
摘要:
MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2复合材料是一种很有发展前景的高温耐磨材料,但MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC配对副的干滑动摩擦磨损性能尚不清楚. 本文中通过销-盘式干滑动摩擦磨损试验,考察了MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC配对副在不同温度(25~1 000 ℃)和载荷下(2.5~10 N)的摩擦学特性. 结果表明:试验温度和载荷对MoSi2-Mo5Si3-Mo5SiB2/SiC配对副的摩擦系数影响较大,而对其磨损率影响较小. 载荷为5 N时,在25~1 000 ℃区间,摩擦系数和磨损率分别在0.11~0.43和0.513×10-7~0.544×10-7 mm3/(N·m)范围;在25~400 ℃时,磨损机制以轻微的氧化和黏着磨损为主,在600~1 000 ℃磨损机制主要表现为严重的氧化和黏着磨损. 在1 000 ℃时,随着载荷(2.5~10 N)的增加,摩擦系数和磨损率分别为0.29~0.38和0.540×10-7~0.547×10-7 mm3/(N·m);载荷为2.5~10 N时,始终存在黏着和氧化磨损;载荷为7.5~10 N时,材料磨损表面还伴随碾压塑性变形的特征.

开式热沉内冷刀具的设计及其导热性能分析
郑伟, 孙见君, 马晨波, 於秋萍, 张玉言, 牛韬
2019, 39(3):374-380. doi: 10.16078/j.tribology.2019005
[摘要](372) [HTML全文] (115) [PDF 851KB](15)
摘要:
车削加工温度对工件的表面加工质量和刀具的使用寿命具有重要影响. 设计了一种开式热沉内冷刀具,计算了在实际加工工艺参数下刀具受到的切削力和前刀面上的热流密度,分析了刀具的结构强度;建立了刀具热-流-固耦合温度场模型,探讨了热稳态条件下刀具的温度场分布,以及刀片冷却液流道内热沉数量对刀具导热性能的影响规律,比较了在相同热源条件下开式热沉内冷刀具与其他内冷刀具的导热性能. 结果表明:对于刀片材料为硬质合金YT5的刀具,在热流密度为10 W/mm2的条件下,内置6个热沉的设计方案可获得最佳冷却效果,刀具的最高切削温度控制为187.1 ℃;与其他内冷刀具相比,开式热沉内冷刀具的最高切削温度降低了12.1 ℃.

γ射线辐照对机械密封用烧结材料性能的影响
郑文凯, 刘莹, 邬国平, 谢方民
2019, 39(3):381-386. doi: 10.16078/j.tribology.2018110
[摘要](488) [HTML全文] (113) [PDF 882KB](18)
摘要:
使用不同剂量γ射线对拟用于核电领域机械密封的3种热压烧结材料进行辐照处理,测试了不同辐照条件下材料的热物理性能和力学性能. 使用Plint TE-92摩擦磨损试验机模拟机械密封实际工况进行盘-盘摩擦试验,测试了相同材料自配副的摩擦磨损性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)和ZYGO白光干涉仪等表征分析方法,研究了辐照条件对材料微观组织形貌和摩擦磨损机理的影响. 结果表明:本文中γ射线辐照剂量对烧结材料的组织形貌和物理、力学性能影响较小. 在水润滑条件下,烧结材料自配副的摩擦系数为0.04~0.06,没有出现明显的磨损情况,辐照对材料的摩擦磨损性能没有明显影响.

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