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针对典型摩擦副的非流态化颗粒流润滑特性研究

王伟  
【摘要】:颗粒物质在自然界广泛存在,颗粒尺度在1μm~10~4 m范围的物质都可称为颗粒物质,颗粒流润滑是将固体材料以颗粒(粉末)状态直接导入摩擦副,使摩擦间隙中处于充满固体颗粒状态,利用颗粒的摩擦、变形、碰撞、挤压和滑滚等微观运动,减少作相对运动两表面的接触,保护表面免于损伤。颗粒流润滑状态下,摩擦间隙中以固体颗粒作为润滑介质,可以实现低摩擦系数、宽温度范围、有冷却、长寿命、可补充等性能特点,是一种新的介质润滑理论与方法,具有较大的理论价值和应用前景。 本文利用端面摩擦试验机和石墨颗粒对颗粒流润滑开展的试验研究证明,颗粒在与摩擦副表面间没有任何附着措施时也可以动态进入摩擦副,但颗粒进入摩擦副的量和均匀性不好控制,且介入性受到颗粒物性、摩擦副设计和工况等的影响。在与粉末冶金铜合金材料、石墨涂层、自润滑复合材料三种润滑方式的对比研究中,发现颗粒流润滑方式可以实现很好的润滑,它的摩擦系数与固体润滑膜、自润滑材料的特性相当。由于颗粒在一定条件下具有流动性,并且可以实现颗粒层的自修复和补偿。颗粒润滑的效果与颗粒本身的性质以及摩擦副的载荷、转速等也有很大关系。同时,基于雾化方案及流化方案构建了相应的试验平台,试验证明石墨颗粒和压缩空气的混合流能进入摩擦副中,实现了良好的减摩作用。 基于离散单元法建立摩擦过程中颗粒物质塑性行为的理论研究模型,对颗粒破坏过程进行了模拟。考察了摩擦副工况(粗糙度、速度和间隙)和颗粒强度对颗粒破坏的影响,确定了影响颗粒破坏的因素和相应的参数范围,以期对颗粒的破坏做出准确的预测。 在研制的双筒颗粒流润滑试验装置开展的试验表明,摩擦表面的结构和颗粒介质本身会对颗粒流的摩擦特性产生重要影响。颗粒物质的粒度和表面结构的尺寸接近时,两者的互相影响会比较大,颗粒物质内部的剪切和滑移行为比较明显。当表面结构的尺寸远远小于颗粒尺寸时,容易产生颗粒物质整体在摩擦表面的滑动。摩擦间隙中颗粒填充量的多少也会对摩擦力产生明显影响,在不考虑其它问题时,颗粒填充量增加会增大摩擦力。摩擦间隙中颗粒流的动态流动和分布也有一定的规律,对该问题还需要进一步探讨。 针对机械工程中的典型摩擦学研究对象——斜面滑块摩擦副和滑动轴承,基于非连续介质力学的离散单元法建立非流态颗粒流润滑的理论研究模型。通过研究颗粒层动态特性、摩擦副工况、颗粒体物理特性等,探讨了它们对承载分布、摩擦系数等的影响。同时以颗粒和多体接触点为对象,考察颗粒流润滑中平均接触力、力链、体功、接触摩擦功和颗粒总动能的微观特性,揭示了颗粒流润滑宏观和微观特性之间的联系。


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