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活塞环自调心夹具摩擦学试验设计

武汉工程大学学报 2015年第10期37卷 28-32页

作者：秦襄培吴丽鄢宁波曾诚武胜超武汉工程大学机电工程学院湖北武汉430205

为了研究活塞环的摩擦学问题,要使用活塞环上直接截取的一段试样进行实验,如果使用常规夹具,非对称的桶面活塞环作为销试样垂直于盘试样,不能保证摩擦接触面在工作面上,因此设计了一种活塞环自调心夹具,使得活塞环试样可以倾斜放置.在... 详细信息

为了研究活塞环的摩擦学问题,要使用活塞环上直接截取的一段试样进行实验,如果使用常规夹具,非对称的桶面活塞环作为销试样垂直于盘试样,不能保证摩擦接触面在工作面上,因此设计了一种活塞环自调心夹具,使得活塞环试样可以倾斜放置.在随后的活塞环表面改性的筛选试验中,使用了所设计的新夹具,实验结果显示,盘试样和环试样的磨损量分别降低了1.5倍和2.3倍,实验筛选区分效果明显,自调心夹具可以满足实验要求.

关键词：摩擦学试验活塞环自调心夹具

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两种螺旋角干气密封环端面摩擦特性试验研究

摩擦学学报 2017年第3期37卷 290-296页

作者：丁雪兴王平西魏龙金良陈金林兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 南京科技职业学院江苏省流体密封与测控工程技术研究开发中心江苏南京210048

干气密封环端面的接触摩擦不容忽视,在槽型设计与优化时也应该考虑端面的摩擦特性.利用端面摩擦磨损试验机,分别对16°和18°两种螺旋角的螺旋槽干气密封环进行测试,通过对比分析磨损量、摩擦温度、摩擦系数以及表面粗糙度来讨论密封环... 详细信息

干气密封环端面的接触摩擦不容忽视,在槽型设计与优化时也应该考虑端面的摩擦特性.利用端面摩擦磨损试验机,分别对16°和18°两种螺旋角的螺旋槽干气密封环进行测试,通过对比分析磨损量、摩擦温度、摩擦系数以及表面粗糙度来讨论密封环的摩擦特性和两种螺旋角对端面摩擦性能的影响.结果表明:18°螺旋角试验的磨损量、摩擦温升和摩擦系数均稍大于16°螺旋角试验,说明18°螺旋角试件的磨损比16°螺旋角的更加剧烈;石墨环被螺旋槽覆盖的外圈粗糙度的变化有较大的差异,内圈粗糙度变化相似,说明槽型参数的改变对石墨环磨损的影响主要体现在外圈.试验结果为今后端面摩擦学性能的研究及槽型优化提供了依据.

关键词：干气密封螺旋槽螺旋角摩擦学试验摩擦学特性

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螺旋槽干气密封环端面摩擦试验及其性能分析

化工学报 2017年第1期68卷 208-214页

作者：丁雪兴王平西张伟政俞树荣魏龙兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 南京科技职业学院江苏省流体密封与测控工程技术研究开发中心江苏南京210048

干气密封环端面在启停阶段和由于制造装配误差等造成非正常运行时存在严重的端面接触摩擦,有必要对干气密封动静环进行摩擦学试验,从而分析并探讨其摩擦学特性。利用端面摩擦磨损试验机,选定合适的工况参数与相应的测试技术对螺旋槽干... 详细信息

干气密封环端面在启停阶段和由于制造装配误差等造成非正常运行时存在严重的端面接触摩擦,有必要对干气密封动静环进行摩擦学试验,从而分析并探讨其摩擦学特性。利用端面摩擦磨损试验机,选定合适的工况参数与相应的测试技术对螺旋槽干气密封环进行测试,研究不同工况下的摩擦学特性。结果表明:在特定工况下的试验中,螺旋槽干气密封端面存在明显的磨合现象;当工况从226 N、150 r·min^(-1)增大至1130 N、500 r·min^(-1)时,石墨环磨损量最大增加193.3%,摩擦系数最大降低22.3%,说明石墨环的自润滑性影响密封端面的摩擦性能;由于端面间螺旋槽的存在,石墨环内圈磨损大于外圈。试验结果可为今后端面摩擦学性能的优化提供依据。

关键词：干气密封螺旋槽摩擦学试验摩擦学特性自润滑性

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摩擦副表面微凹坑超声复合加工工艺研究

摩擦副表面微凹坑超声复合加工工艺研究

作者：赵旸扬州大学

学位级别：硕士

具有一定规则截面形状的阵列微凹坑结构,可以有效改善润滑和抗磨效果,目前成熟的微凹坑加工方法极少。本文介绍了摩擦副表面微凹坑结构的研究及其应用现状,提出了采用微细超声复合加工新技术加工微凹坑的构想,进而提出本文研究工作内容... 详细信息

具有一定规则截面形状的阵列微凹坑结构,可以有效改善润滑和抗磨效果,目前成熟的微凹坑加工方法极少。本文介绍了摩擦副表面微凹坑结构的研究及其应用现状,提出了采用微细超声复合加工新技术加工微凹坑的构想,进而提出本文研究工作内容。分析微细超声加工、微细电火花加工、微细电解加工原理、特点以及工艺特性,探讨超声振动对脉冲放电及微细电解过程的改善作用机理,分析在加工微凹坑时微细电火花及微细电解复合超声振动的必要性和技术优势,构建、完善超声电火花复合加工及超声电解复合加工试验系统。微凸起工具电极的制作是实现摩擦副表面微凹坑加工的关键问题,本文根据流体润滑理论提出微凹坑设计的一般原则,在圆形截面设计基础上,将截面形状拓展为正方形、菱形;由微凹坑形状设计了与之相对应的圆形、正方形、菱形微凸起工具电极,利用微细电火花线切割、电火花“反拷+平动”等多种微细组合电加工工艺制作微凸起工具电极,并阐述了制作各种微细工具电极的一般方法。根据微凹坑超声复合加工的特点,选择工作液、工具电极振动频率及振幅、进给压力等加工参数,制定微凹坑超声复合加工试验方案。使用不同形状工具电极,对硬质合金YT15和YG8、不锈钢、单晶硅、压电陶瓷、玻璃钢等材料进行了微凹坑单一超声加工试验及分析;对硬质合金YT15和YG8、不锈钢等材料进行微凹坑单一超声加工与超声复合加工的对比试验;重点研究了超声电解复合加工中电解电压参数对微凹坑加工效率、精度、表面质量及微凸起工具电极损耗的影响规律。试验验证了在金属材料表面进行微凹坑超声复合加工的必要性及可行性。对微凹坑进行初步摩擦学试验分析,结果表明摩擦副表面微凹坑结构有利于储存润滑油并形成油膜,降低了摩擦因数,可减少表面磨损量。最后对摩擦副表面微凹坑超声复合加工工艺特性进行分析、总结,提出现有工艺方案存在的问题及完善的措施,并对后续研究工作提出了设想和展望。

关键词：微凹坑超声复合加工微凸起工具电极微细组合电加工摩擦学试验

转速与表面粗糙度对子母叶片泵配流副摩擦特性的影响

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转速与表面粗糙度对子母叶片泵配流副摩擦特性的影响

作者：林凯兰州理工大学

学位级别：硕士

子母叶片泵在正常工作时有多对摩擦副共同工作,其中配流摩擦副是主要的摩擦副之一。一般情况下,配流摩擦副的好坏决定了子母叶片泵的性能高低,但是我国的液压元件长期以仿制国外产品为主,仿制出来的子母叶片泵不论是在性能还是使用寿命... 详细信息

子母叶片泵在正常工作时有多对摩擦副共同工作,其中配流摩擦副是主要的摩擦副之一。一般情况下,配流摩擦副的好坏决定了子母叶片泵的性能高低,但是我国的液压元件长期以仿制国外产品为主,仿制出来的子母叶片泵不论是在性能还是使用寿命上都较国外有差距,对于子母叶片泵配流摩擦副的研究就更加稀少,研究配流摩擦副对于提升子母叶片泵的性能和使用寿命具有重要的现实意义。本文针对子母叶片泵配流摩擦副易磨损的缺点从理论计算与摩擦学试验两方面出发,研究了不同转速与配流盘表面粗擦度对配流摩擦副的摩擦影响,得出了如下结论:(1)在分析配流盘结构功能的基础上建立了简易计算模型,通过模型计算出子母叶片泵配流盘正反面的受力大小,分析了配流副的受力情况。(2)在选取了不同试验转速的条件下,利用摩擦试验机的标准摩擦副研究了转速对配流副材料的摩擦影响发现转速越高配流副材料的摩擦系数下降速度越快。通过计算下试样的磨损率得到了转速越高下试样磨损率越大,高转速下磨损率的增长速度比低转速下要慢的结论。子母叶片泵配流副的实际材料具有一定的耐磨性。(3)自行设计了试验装置对摩擦试验机进行了改装,通过试验装置将子母叶片泵的配流摩擦副安装在摩擦试验机上进行摩擦试验以获得配流摩擦副的真实摩擦数据。对比配流副材料的摩擦试验发现真实配流副的摩擦状况与单纯的材料摩擦试验不同,而配流副的复杂结构是导致这一现象的主要原因。在1200r/min的试验条件下,配流副摩擦状况稳定,摩擦系数无太大波动。(4)对配流盘表面进行机械加工使其表面粗糙度变为Ra3.2,然后进行配流副摩擦试验以研究配流盘表面粗糙度为Ra3.2时对配流副的摩擦影响,发现随着转速的提高粗糙度对配流副摩擦系数的影响变小。对比计算得到的下试样磨损率发现其变化趋势均相同,这说明材料本身的特性才是影响材料磨损率的主要因素。

关键词：子母叶片泵配流摩擦副承载力摩擦学试验转速表面粗糙度

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干气密封摩擦副温度演变特性的测试及建模

干气密封摩擦副温度演变特性的测试及建模

作者：金海俊兰州理工大学

学位级别：硕士

干气密封在正常运行情况下,密封端面处于全流体膜润滑状态,两端面之间不会发生相互接触。但在干气密封开启和停车阶段,密封副在接触与非接触转变的过程中,转速较低,动压效应不足,密封端面之间会存在显著的接触和摩擦。这种接触和摩擦会... 详细信息

干气密封在正常运行情况下,密封端面处于全流体膜润滑状态,两端面之间不会发生相互接触。但在干气密封开启和停车阶段,密封副在接触与非接触转变的过程中,转速较低,动压效应不足,密封端面之间会存在显著的接触和摩擦。这种接触和摩擦会使密封端面产生大量的摩擦热,导致密封环变形,严重时直接导致密封失效。因此,进一步研究干气密封启停阶段接触摩擦所引起的端面摩擦温升对工程应用具有一定的指导意义。本文针对干气密封非稳态下摩擦温升的演变规律,利用摩擦学试验和分形接触理论研究了干气密封静环的端面摩擦温升,主要研究内容和结论如下:选择合适的工况,利用HDM-2端面摩擦磨损试验机对不同材料的干气密封静环进行试验,试验结束后再利用三维表面轮廓仪测量其表面形貌。分别测试在不同转速与载荷下干气密封静环的端面摩擦温度,并将不同材料的干气密封静环所测得的端面摩擦温升进行比较分析。分析结果表明:随着转速与载荷的增大,石墨环和DLC薄膜碳化硅环的端面摩擦温升均在增大;而且在相同的工况下,石墨环的端面摩擦温升总是大于DLC薄膜碳化硅环的。在干气密封静环(SiC)表面设计并加工不同直径和面密度的圆形微凹坑织构,然后在表面涂覆DLC薄膜。利用HDM-2端面摩擦磨损试验机分别测试不同转速与载荷下织构化DLC薄膜干气密封环端面的摩擦温度。分析了不同面密度和织构圆直径对端面摩擦温升的影响,选出以下几组减摩效果最佳的织构参数:(1)d=150μm、S=5%;(2)d=250μm、S=5%;(3)d=150μm、S=15%;(4)d=200μm、S=10%。根据干气密封启停阶段摩擦界面微凸体接触理论,利用结构函数法建立摩擦界面分形维数的计算模型,将三维表面轮廓仪提取出来的静环表面轮廓曲线的离散数据导入计算程序中,计算出分形维数和特征尺度。然后结合热传导理论建立干气密封启停阶段摩擦界面温升计算模型,将不同工况下的分形维数与特征尺度代入计算干气密封静环的端面摩擦温升,并将试验结果与数值计算结果进行对比。分析结果表明:石墨环和DLC薄膜碳化硅环端面摩擦温升的数值计算结果都与试验结果比较接近,而且数值计算所得的转速和载荷对端面摩擦温升的影响规律也和试验所得的大体一致。

关键词：干气密封摩擦学试验密封环端面温升接触分形

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表面涂层技术应用于凸轮挺柱的试验研究

表面涂层技术应用于凸轮挺柱的试验研究

作者：唐其超北京理工大学

学位级别：硕士

凸轮挺柱是发动机配气机构的基础部件,承担着按气缸工作循环和点火顺序要求打开或关闭各气缸的进、排气门,确保发动机换气过程达到最佳的重要任务。凸轮挺柱摩擦副是发动机里面的三大摩擦副之一,其复杂的工况及其摩擦磨损情况在很大程... 详细信息

凸轮挺柱是发动机配气机构的基础部件,承担着按气缸工作循环和点火顺序要求打开或关闭各气缸的进、排气门,确保发动机换气过程达到最佳的重要任务。凸轮挺柱摩擦副是发动机里面的三大摩擦副之一,其复杂的工况及其摩擦磨损情况在很大程度上决定着发动机的使用寿命。随着发动机功率密度的日益提高,凸轮挺柱摩擦副工作于大接触应力、润滑不足、强烈震动等复杂工况之下,其摩擦副表面的摩擦磨损问题已经成为保证发动机使用寿命的重要课题。本文以装甲车辆高功率密度发动机的凸轮挺柱摩擦副为研究对象,在发动机配气机构工作原理分析的基础上,着重分析了凸轮挺柱摩擦副的失效机理,对其工作循环中的接触应力进行了理论分析。通过配气机构的单质量运动学模型分析,获取了计入配气机构弹性变形因素挺柱的位移、速度、加速度等运动规律,得到了凸轮挺柱间的接触力与接触应力随凸轮转角的变化规律。以此为依据,进一步进行了凸轮挺柱摩擦副的摩擦学分析,明确了改进该摩擦副摩擦学性能的表面结构设计要素。尝试通过表面涂层技术来强化和改善凸轮挺柱摩擦副表面的摩擦学性能是本论文研究的核心内容。分别采取WC-12Co涂层制备和Ni Cr-CrC涂层制备两种工艺对凸轮挺柱摩擦副试件进行表面涂层处理,以期同时解决摩擦副表面耐磨与减摩的问题。按照“四因素三水平正交试验”的要求制作了六组试件,以获得试件的金相组织观测、材料性能分析为基础,确认了以超音速火焰喷涂的方法制备WC-12Co耐磨涂层,以激光熔覆方法制备Ni Cr-CrC减摩涂层的有效应用。进一步,以凸轮挺柱摩擦副的实际工况分析和模拟为依据,对凸轮挺柱摩擦副的摩擦学试验进行试验设计,并运用MRH-3高速环块磨损试验机对凸轮挺柱的磨损过程进行磨损试验,对比测试了两种涂层四种表面的摩擦系数。试验表明,采用WC-12Co的耐磨涂层制备比采用Ni Cr-CrC减摩涂层技术所制作的摩擦副表面试件更能有效地降低摩擦系数、增强表面的耐磨性能,并对提高凸轮挺柱摩擦副使用寿命起到明显的应用效果。

关键词：凸轮挺柱摩擦副涂层技术摩擦学试验应用分析

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螺旋槽干气密封环端面摩擦学特性研究

螺旋槽干气密封环端面摩擦学特性研究

作者：王平西兰州理工大学

学位级别：硕士

干气密封的启停阶段,以及由于加工、安装等误差导致的非正常运行阶段,干气密封端面都会发生接触摩擦,这会影响干气密封的使用寿命和稳定性,甚至会直接导致干气密封的损坏。尤其是对于一些极端工况下使用的干气密封,如低转速干气密封的... 详细信息

干气密封的启停阶段,以及由于加工、安装等误差导致的非正常运行阶段,干气密封端面都会发生接触摩擦,这会影响干气密封的使用寿命和稳定性,甚至会直接导致干气密封的损坏。尤其是对于一些极端工况下使用的干气密封,如低转速干气密封的开启时间较长,导致密封端面在开启阶段摩擦磨损严重;高压干气密封在启停阶段端面载荷大,端面磨损严重,并会产生较高的摩擦温热导致端面变形。因此,干气密封端面的摩擦学特性对于干气密封性能的优劣至关重要。本文以干气密封磨损最为严重的启停阶段为基础,选择合适的工况,对干气密封端面的摩擦学特性进行试验研究与讨论。主要进行了如下内容的研究:利用端面摩擦磨损试验机,对干气密封环进行试验,共进行了特定工况下干气密封环端面的磨合试验、螺旋槽干气密封环端面摩擦特性试验、两种螺旋角干气密封环端面摩擦学性能对比试验等三项试验。通过试验,获得端面摩擦系数、摩擦温升、石墨环磨损量及表面磨损形貌等试验参数,并分析讨论了干气密封环的磨合规律、密封环的摩擦特性与工况参数的关系以及螺旋角对密封环摩擦特性的影响。根据试验结果以及试验过程中密封环摩擦特性参数的变化,对密封环的摩擦机理进行了分析与推测。通过上述试验研究,发现:干气密封环存在着明显的磨合现象,且由于密封环材料及端面结构的特殊性,石墨环内外圈的磨损规律存在差异;工况参数的改变会明显影响密封环的摩擦特性,且石墨环的自润滑性能够改善端面润滑状态,提升端面的摩擦性能;两种螺旋角试件在摩擦学特性方面表现出明显的差异,在干气密封端面结构优化设计时,有必要考虑结构参数对端面摩擦磨损的影响。试验结果为今后干气密封摩擦学方面的研究以及基于端面摩擦磨损的优化设计提供了一定的基础与指导。

关键词：干气密封摩擦学特性螺旋槽摩擦学试验自润滑性

纳米蛇纹石/氧化镧填充PTFE海水中摩擦学性能研究

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纳米蛇纹石/氧化镧填充PTFE海水中摩擦学性能研究

作者：白森楠燕山大学

学位级别：硕士

随着海洋工程的迅猛发展,海洋环境污染等问题引起广泛关注。为解决这一问题,海洋工程装备中传统金属材料的摩擦副正逐步实现“以塑代钢”。相比于干摩擦环境,纳米材料填充聚合物在海水环境的摩擦学性能研究较少,因此开展海水润滑环境复... 详细信息

随着海洋工程的迅猛发展,海洋环境污染等问题引起广泛关注。为解决这一问题,海洋工程装备中传统金属材料的摩擦副正逐步实现“以塑代钢”。相比于干摩擦环境,纳米材料填充聚合物在海水环境的摩擦学性能研究较少,因此开展海水润滑环境复合材料摩擦学性能的研究具有重要的实际意义。聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料因其低摩擦因数、质轻、强耐腐蚀性能等优异性能已成为复合材料摩擦学性能研究的热点,本文将纳米氧化镧(nano-LaO)和纳米蛇纹石(nano-Serpentine)共混填充PTFE基体中(简称PTFE/SL),采用均匀设计法设计5组不同含量复合材料,利用真空冷压烧结工艺制备复合材料,与316L不锈钢试件组成配偶副;检测复合材料的吸水率;测试复合材料的力学性能,对比研究海水浸泡前、后硬度与拉伸性能的变化;利用摩擦磨损试验机(MMU-5G)对海水环境下复合材料不同工况(载荷、转速)的摩擦系数和磨损率进行试验研究,采用透射电镜(TEM)及扫描电镜(SEM)对PTFE/SL三元复合材料及其金属配偶件摩损后的表面形貌进行摩擦学试验评价,并对三元复合材料海水条件下的摩擦磨损机理进行了分析。PTFE基复合材料摩擦学试验表明:PTFE/SL复合材料拉伸强度略有下降,但其硬度有所提高;海水润滑环境中,填充材料总填充含量为12%时(Serpentine8%及LaO4%)减摩耐磨性能达到最好;PTFE/SL三元复合材料在不同工况条件(载荷、滑动速度)下的摩擦学试验表明:复合材料的主要磨损机制表现为磨粒磨损和轻微疲劳磨损,PTFE复合材料因摩擦热的产生了化学活性反应生成了大量自由水、活性氧和(Si-O/Mg-O)的活性二次粒子依附于转移膜,与海水润滑膜产生协同作用,有效提高了其减摩耐磨性能。试验表明中量载荷及高转速为该复合材料的最佳适用工况。

关键词：聚四氟乙烯纳米蛇纹石纳米氧化镧海水润滑摩擦学试验