织构化非平行表面的摩擦学特性研究

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近年来,表面织构作为可有效减摩的方式受到了相关学者广泛的关注与研究,但大多研究都针对于平行织构表面,对客观存在的织构化非平行表面的研究比较少。为了探讨织构化非平行表面的摩擦学性能,本论文以非平行油膜间隙为研究对象,考虑空化效应的影响,基于FLUENT软件分别对流体润滑条件下空化效应对摩擦学性能的影响,收敛比参数的合理性,以及全织构和局部织构表面的摩擦学特性进行了研究,并探讨了基于局部织构的径向滑动轴承摩擦学性能。具体研究内容和结论如下:(1)分析了空化效应对织构化非平行表面摩擦学性能的影响,并在考虑空化的条件下论证收敛比参数的合理性。研究表明考虑空化能使表面具有更大的油膜压力极值和承载力,更小的壁面剪切力;在表征织构化非平行表面时,收敛比这一参数存在不合理的地方,相同收敛比下摩擦学性能却存在很大差异,不能同时准确表征倾斜角和油膜厚度两参数对非平行表面摩擦学性能的影响。(2)建立了全局织构化非平行表面模型,开展了不同倾斜角、油膜厚度、织构深度、织构宽度和滑动速度条件下全局织构化非平行表面的摩擦学性能研究。研究表明:收敛条件下,提升承载力方面,较小倾斜角和较大油膜下织构有效,较大倾斜角和较小油膜厚度下织构无效,在降低剪切力方面一直有效,承载力随倾斜角的增大逐渐增大,剪切力随倾斜角的增大先增大后减小;承载力与剪切力都随油膜厚度的增大而减小;承载力随织构深度的变化趋势受到了倾斜角的影响,较大倾斜角下随织构深度的增大而减小,较小倾斜角下随织构深度的增大先减小后增大再减小,承载力随织构宽度的增大先减小后增大再减小,较小倾角下织构深度和织构宽度也会对织构的有效性产生影响。发散条件下,全局织构表面总比无织构表面表现出更好的摩擦学性能。承载力与剪切力都随倾斜角的增大而减小;承载力随油膜厚度增大先减小后增大,剪切力随油膜厚度的增大而减小;承载力随织构深度和织构宽度的增大先增大后减小,织构提升承载力的效率会随着滑动速度的增大逐渐增大。收敛与发散下剪切力都随织构深度,织构宽度和滑动速度的增大而减小。(3)建立了局部织构化非平行表面研究模型,对其在不同织构参数(织构位置、织构区域长度、织构深度、织构宽度)以及速度条件下的摩擦学性能开展研究。研究表明:尤其是在大倾角下局部织构能表现出比全局织构更好的摩擦学性能,且织构位置与织构区域长度对摩擦学性能有很大影响,织构位于入口处时有最好的承载性能,其所能达到的最大承载力随织构区域长度的增大先增大后减小;织构位于出口时具有最小的剪切力,且位于出口时的剪切力随织构区域长度的增大而减小。除收敛条件下,承载力随织构深度的增大快速增大后缓慢减小,随织构宽度的增大而增大以外,其它影响规律与全局织构表面保持一致。(4)对基于局部织构表面的三维径向滑动轴承进行了仿真实验,重点研究了织构位置与织构区域长度对滑动轴承摩擦学性能的影响。结果表明:滑动轴承中加工局部织构能明显改善轴承的润滑性能,且织构位置与织构区域长度的影响规律与基础研究的结论相一致,验证了前面基础研究的正确性与可适用性,也对滑动轴承的优化设计提供了重要参考。本文针对织构化非平行表面做了一系列研究,研究结果对织构化非平行表面的优化设计和织构化非平行表面摩擦学特性的认识、以及丰富织构表面摩擦学理论都有重要意义。
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