非对称微织构对摩擦副润滑特性的影响

作     者：刘东妮 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：严志军;董文仲

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：非对称微织构 润滑油初始空化压力 空化现象 润滑特性 

摘      要：表面织构化是提高摩擦副润滑性能的一种手段。到目前为止,研究织构减摩抗磨等摩擦性能的实验及模拟分别有一些。但对微织构诱导空化的研究相对较少,大多是针对对称织构的研究,模拟研究中的润滑油空化压力值多采用经验值,多数集中在织构参数和工况对空化效应的影响程度及规律的研究。基于此,本研究将开展非对称微织构对摩擦副润滑特性的影响的模拟及实验研究。本文基于Navier-Stokes方程,通过数值模拟获得了具有非对称微织构摩擦副表面之间的压力分布、气相分数、承载力、摩擦系数等参数,并分析影响空化效应的因素和规律;设计并搭建了测量润滑油初始空化压力数值试验台,采用微管道中射流实验方法,获得润滑油中的空化现象,采集并分析不同条件下流场图像,获得油液温度和粘度对空化效应的影响规律;改进研究往复摩擦副空化现象的实验装置,实验测量具有非对称织构的摩擦副之间空化现象以及摩擦系数等参数,验证模拟研究获得的空化效应的影响因素和规律。模拟研究结果表明,摩擦过程中,在织构内部产生了负压涡流区,在织构出口区产生了高压区。非对称微织构的形貌参数通过改变润滑油压力和涡流的分布特性,从而影响了承载力和摩擦系数的大小。当非对称织构出口斜面倾角逐渐增大时,织构内部主涡流区中心位置向右下偏移,并在织构入口区出现突起状涡流区及高压区,承载力逐渐提升,摩擦系数持续下降。润滑油初始空化压力测量结果表明,随着喷射管内径的增大,产生润滑油初始空化压力也同样增大;随着温度的增高,由于润滑油粘度逐渐减小,空化效应产生的难度逐渐增大;粘度小的油液的产生空化需要的压力大。往复实验结果表明,只有速度和载荷较大的情况下才会出现空化现象,且随着载荷与速度的增加,空化现象逐渐强烈;空化现象的发生使摩擦系数减小。在所实验的非对称织构中,与织构出口面垂直的织构可以获得更小的摩擦系数,随着载荷的增加,织构形貌的影响逐渐减弱。