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  • 2018年第43卷第11期文章目次
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    • 三角形截面短凹槽织构化表面动压润滑理论研究

      2018, 43(11):1-5. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.001

      摘要 (948) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究短凹槽的润滑减摩机制,通过建立具有三角形截面短凹槽织构化平行滑块润滑理论模型,利用多重网格法求解润滑油膜压力分布,分析三角形截面短凹槽织构几何参数的变化对摩擦副表面的流体动压性能的影响规律。研究结果表明:短凹槽织构的长度对流体动压承载能力几乎没有影响;在特定的工况条件下,流体动压润滑效应随着凹槽宽度、深度与横向间距的增加而先增大后减小,分别存在最佳凹槽宽度、深度与横向间距使得流体动压润滑效应达到最大;流体动压润滑效应随着短凹槽织构纵向间距的减小而增大。

    • 磁场作用下45钢/45钢稳定摩擦的磨损机制

      2018, 43(11):6-11. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.002

      摘要 (993) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同强度磁场作用下45#钢自配副的磨损机制及磁场强度与磨损率的关系,在不同强度磁场作用下进行45钢自配副的销、盘干摩擦试验,分析销试样的磨损性能及其磨损面的形貌、化学成分。结果表明:随着磁场强度增加,销试样磨损率经历快速减小、缓慢减小和基本稳定3个连续变化阶段,使其由严重磨损转变为轻微磨损的临界磁场强度约为174×103A/m;无磁场作用时,销试样磨损面存在犁沟,45钢/45钢的磨损类型为磨粒磨损;随着磁场强度的增加,销试样磨损面发生氧化并生成了Fe2O3,摩擦过程中氧化物剥落形成凹坑,45钢/45钢的磨损类型主要为氧化磨损;磁场增加使销试样磨损面更加光滑。可以得出:一定强度的磁场使45钢自配副摩擦过程由磨粒磨损转变为氧化磨损,而氧化磨损类型对应45钢自配副的轻微磨损。

    • 强冲击载荷对滑靴副磨损过程承载特性的影响

      2018, 43(11):12-18. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.003

      摘要 (988) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:超负荷加载运行是使液压泵寿命加速退化的常用方法,强冲击载荷是其中一种有效的加载形式,为研究强冲击载荷作用下滑靴副磨损过程的承载特性变化规律及液压泵寿命退化机制,考虑滑靴沿斜盘表面的倾覆,建立滑靴副正常状态的承载特性方程;通过确定冲击载荷作用产生磨损的条件,定义滑靴底面磨损轮廓结构参数,推导滑靴副在强冲击载荷作用下磨损过程的油膜承载特性方程,探索强冲击载荷对油膜压力分布、油膜厚度分布以及抗冲击载荷参数的影响。分析结果表明:随着强冲击载荷和冲击次数的增加,最小油膜厚度均有减小的趋势;而随着强冲击载荷冲击次数的增加,滑靴磨损量将逐步增大,在磨损轮廓处油膜厚度将逐渐减小,油膜压力将逐渐降低;密封带宽度将逐渐变窄,抗冲击载荷能力将逐渐变弱且磨损程度愈发严重。

    • 微织构作用下环面节流器节流系数研究

      2018, 43(11):19-23. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.004

      摘要 (992) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:前期实验研究中发现微织构对高速水润滑动静压轴承轴颈有显著的抑振作用,为了研究微织构的抑振机制,从微织构对节流系数的影响方面进行探讨。采用Fluent建立微织构作用下高速水润滑动静压轴承环面节流器的CFD模型,研究微织构的密度、压力差和轴颈线速度对节流系数的影响。结果表明:在微织构作用下高速水润滑动静压轴承的节流系数有显著降低,进而影响了轴承的流场状态和润滑性能,对轴承的振动有一定的抑制作用。根据轴承的转速及承载力工作要求,合理设计微织构密度及压力差,能够在降低轴承节流系数的同时提高轴承的承载力;微织构作用下轴承的节流系数发生改变,同时改变了流场状态,表明在高速水润滑动静压轴承性能计算中,根据实际流场来确定节流系数是很有必要的。

    • 热固耦合形变对BOG压缩机迷宫密封间隙的影响

      2018, 43(11):24-27. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.005

      摘要 (1064) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:大型BOG往复压缩机的压缩介质温度很低,气缸和活塞体在工作中承受着较大的应力载荷和温度负荷,对活塞与气缸的间隙产生显著影响,并间接影响迷宫密封性能。为研究热固耦合形变对迷宫密封的影响,以某大型BOG往复式压缩机为例,以ANSYS Workbench为仿真平台,采用热固耦合方法对气缸和活塞进行仿真分析,得到气缸与活塞在热固耦合作用下的形变规律,确定其形变量对密封间隙的影响。结果表明:在热固耦合作用下,活塞和气缸两者变形量最大值均发生在活塞向上压缩的行程末端,其中,气缸变形量最大发生在缸体顶沿位置,活塞最大变形发生在活塞顶部端面中间环形部位。模拟分析表明,活塞与气缸产生的变形可使该大型BOG往复式压缩机压缩过程中密封间隙增加01~015 mm的变形量。

    • 发动机润滑油的实验室静置和行车试验研究

      2018, 43(11):28-35. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.006

      摘要 (1034) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对国内车用发动机润滑油要求更换时间普遍较短的问题,以不同材质容器进行实验室静置试验和不同车辆行车试验,研究在车辆日均运行里程低的行驶状态下发动机润滑油的质量变化情况,探讨“6个月换油”的合理性。结果表明:在7组持续6个月的实验室静置试验中,发动机油的总酸值、运动黏度和起始氧化温度仅发生了轻微变化;日均运行里程为11 km的行车试验进行约27个月后,发动机油仍保持良好状态,远未达到换油指标。对于较少使用的车辆,其发动机油的换油周期可以适当延长,甚至可以延长至4倍或者更多。

    • 不同冷却润滑条件下TB6钛合金高速切削表面完整性研究

      2018, 43(11):36-41. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.007

      摘要 (1028) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过TB6钛合金高速铣削试验,测量观察加工表面粗糙度、表面三维形貌和表层微观组织等表面完整性特征,利用极差法分析切削参数对表面粗糙度影响的显著性,探讨冷却润滑条件对加工表面形貌和表面变质层的影响。研究表明:工艺参数对表面粗糙度影响程度依次为径向切深、切削速度、进给量和轴向切深;相比低温冷风加,微油雾润滑加工时钛合金表面粗糙度低,且表面无明显晶粒变形,表明加工表面塑性变形是影响粗糙度的主要因素。

    • 轮轨接触参数对钢轨波磨的影响

      2018, 43(11):42-46. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.008

      摘要 (1065) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动导致钢轨波磨的理论,建立由车轮-钢轨-轨枕组成的有限元模型,采用复特征值方法研究小半径曲线轨道低轨上轮轨接触参数对钢轨波磨的影响。结果表明:小半径曲线轨道低轨上轮轨间蠕滑力饱和可能导致钢轨波磨;轮轨接触角对波磨的波长及产生趋势几乎没有影响;轮轨牵引角对波磨的波长几乎没有影响,但对波磨的产生趋势有较大影响,随着牵引角的增大,产生波磨的趋势逐渐降低。研究表明:在小半径曲线轨道低轨上,牵引角随着曲线半径的减小而减小,系统发生摩擦自激振动的趋势增强,低轨上更容易出现波磨,这就是曲线半径越小钢轨波磨越严重的原因。

    • 交错式波箔型气体动压轴承静态特性研究

      2018, 43(11):47-51. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.009

      摘要 (1020) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步提高箔片轴承性能,提出了交错式箔片轴承结构,并建立交错式波箔型气体动压轴承模型;应用有限元法和松弛迭代法对雷诺方程与气膜厚度方程进行差分迭代求解,通过控制气膜压力的收敛,得到交错式箔片轴承气膜厚度和压力分布,并计算相关的静态特性。结果表明:与传统波箔构型轴承相比,交错式波箔型气体动压轴承的承载力明显提升,而摩擦力矩有所增加,尤其在转速与长径比增大的情况下更为明显;随转速与长径比的增大,交错式波箔型气体动压轴承与传统轴承的偏位角大小与变化基本相同,气膜压力三维分布也相一致。

    • 气体轴承特性模拟及实验验证

      2018, 43(11):52-58. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.010

      摘要 (1204) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对某30 kW微型燃气轮机用静压气体轴承,开展轴承刚度、承载力及轴系临界转速特征的数值与实验研究。通过离散化可压缩雷诺方程,采用数值迭代方法,获取轴承内气膜压力分布和气膜刚度特性;采用有限元方法,研究转子-轴承系统的模态特性与临界转速;在气体轴承支撑的微型燃气轮机试验台上,采用时域振动信号和不平衡响应曲线等振动测试分析方法,获取轴系的气膜临界转速特性。研究结果表明:研究的该静压气体轴承,其转速在30 000 r/min内动压效应相对于静压效应可以忽略;轴承气膜刚度随着偏心率增大而增大,但当偏心率超过08时,由于出现“静态不稳定区域”导致气膜刚度下降。数值模拟和实验都证实了转子在6 000 r/min和9 000 r/min附近出现了由气膜刚度引起的锥动临界特征。

    • 速度滑移影响下液体静压止推轴承静态性能分析

      2018, 43(11):59-64. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.011

      摘要 (1109) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究微尺度下速度滑移对液体静压止推轴承性能的影响,将速度滑移模型引入传统雷诺方程中,得到修正的雷诺方程;通过求解修正后的雷诺方程,得到速度滑移影响下八油腔液体静压止推轴承的静态性能特性。研究结果表明:速度滑移的存在并没有改变轴承性能的变化趋势,但使得相同油膜厚度下油膜压力、轴承承载力和刚度增大;随着滑移长度的增大,轴承油腔压力、承载力及刚度增大,最优油膜厚度变小;轴承的承载力和刚度随着供油压力的增大而增大,供油压力相同时,速度滑移使得轴承承载力和刚度有一定程度的增大。

    • 织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑分析

      2018, 43(11):65-69. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.012

      摘要 (1181) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:考虑温升对活塞环/缸套流体动力润滑的影响,联立广义Reynolds方程、膜厚方程、载荷方程、能量方程及热传导方程,建立织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑模型;采用多重网格法和逐列扫描法进行求解,探究织构参数对热流体润滑的影响。结果表明:摩擦引起的温度升高使得最小油膜厚度和最大油膜压力变化趋势及大小均发生显著的变化,这表明在对该摩擦副进行动力润滑分析时必须考虑温升的影响;织构面密度和深度对最小油膜厚度、最大油膜压力及最大油膜温度随曲柄转角的变化趋势没有明显的影响,但对它们的值的大小产生不可忽略的影响,其中在做功冲程,小织构面密度和织构深度对应较小的最小油膜厚度和最大油膜温度,较大的最小油膜厚度。研究表明:在一定范围内,小的织构面密度和织构深度具有更优的燃油经济性,反之则具有更优的润滑可靠性。

    • 基于CFD的T形槽气膜密封网格无关性分析

      2018, 43(11):70-73. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.013

      摘要 (1139) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:CFD是目前研究气膜密封在多工况变参数下相关性能的高效计算方法,其中网格划分方式和数量是影响计算精度和效率的关键因素。以T形槽气膜密封为研究对象,建立UG三维分析模型,通过Gambit进行网格划分方式和数量的渐次变化,最终以Fluent计算结果为依据进行气膜密封网格无关性分析。结果表明:网格划分中的size参数、层数及其变化后相应的网格数量对密封性能具有较大影响;size参数取值03和04时的开启性能和泄漏值出现较大不合理波动,得到的密封性能参数不符合实际变化规律,在低于03或高于05时的结果合理、趋势稳定;网格层数变化对开启力影响较小,层数在1~5区间变化时对泄漏量影响较大,网格划分超过5层后泄漏量变化趋于稳定;基于较小的size值及5层以上的层数时,网格数量大于50万时计算得出的开启力和泄漏值变化趋势稳定。

    • 基于声发射信号的机械密封寿命预测

      2018, 43(11):74-79. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.014

      摘要 (1211) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对国内外对机械密封寿命预测研究不足,不能明确退化模型等问题,提出了基于声发射特征抽取和SVR的机械密封寿命预测方法。首先基于声发射技术通过实验采集了多组机械密封的全寿命数据,对数据进行小波去噪,并进一步进行小波包分解,从中提取能够表征机械密封运行状态的时频域特征以及其他统计特征;利用KPCA对高维特征进行降维处理,再通过马氏距离进行特征融合得到机械密封退化指标,将之作为SVR的输入训练退化模型。实验结果显示,基于声发射特征提取的机械密封寿命预测方法有着较好的泛化能力和较高的精度。

    • C形双面组合密封装置密封性能分析

      2018, 43(11):80-85. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.015

      摘要 (1156) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步研究C形双面组合密封圈在往复运动中的密封特性,基于力学和有限元理论,以活塞处C形双面密封圈为研究对象,利用三维软件建立C形双面密封装置结构模型,利用有限元分析软件ANSYS仿真分析空载工况下不同过盈量和受载工况下不同介质压力对C形双面密封圈的应力和变形的影响。结果表明:空载工况下应力和变形随着过盈量增大而增大,最大变形出现在靠近与缸壁接触处;负载工况下应力和变形随着介质压力增大而增大,且应力均集中于密封圈上下部,而最大变形区域出现在密封圈进油口下部。

    • 齿形滑环密封圈力学性能分析及结构改进

      2018, 43(11):86-92. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.016

      摘要 (1154) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立齿形滑环密封系统的数值计算模型,采用有限元方法分析O形圈和滑环的接触压力和应力分布,并探讨初始压缩率、介质压力和滑环齿厚对齿形滑环密封圈密封性能的影响。结果表明:齿形滑环密封系统中O形圈的高应力区出现在靠近凹槽底部位置,而滑环的高应力主要集中在与轴筒和凹槽接触的2个尖角部位;增加初始压缩率可提高密封圈的密封性能,但密封圈的应力也逐渐增大;介质压力越大,密封圈的应力及密封面上的接触压力也随之增大;适当增加滑环齿厚可提高密封圈的密封性能及滑环抵御变形的能力。针对齿形滑环密封圈中滑环与凹槽接触的2个尖角处最易发生失效的问题,采用对其两尖角倒角的改进方案。结果表明:在相同工作条件下,改进后齿形滑环密封圈主密封面的最大接触压力提高,而且滑环和O形圈截面的最大Von Mises应力减小。因此,改进后的齿形滑环密封圈密封性能更好,使用寿命更长。

    • 基于宏观空穴理论的主轴承多目标优化设计

      2018, 43(11):93-101. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.017

      摘要 (1165) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效地降低内燃机轴承的润滑油泄流量,提高其油膜支撑能力,建立考虑宏观空穴效应的曲轴-主轴承系统的流体动力润滑模型,并根据不对中角度下最大油膜压力验证了宏观空穴模型的正确性;采用宏观空穴模型对内燃机轴颈-轴承系统的空穴区域及空穴区域密度进行预测;基于正交试验设计和最优拉丁超立方试验设计,研究不同参数及参数耦合对轴承润滑性能的影响;结合带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II),以润滑油泄流量和油膜支撑力矩为优化目标,对内燃机主轴承性能进行优化设计。研究结果表明:仅仅结合正交试验分析单因素影响权重是不够的,参数的交互影响权重较大,在进行参数权重影响分析时应综合考虑参数间的交互影响;在润滑油泄流量最小和油膜支撑力矩最大多目标优化中形成了一个最优解前沿,得到了一个关于多目标优化的解集。

    • 航空发动机石墨圆周密封接触特性分析

      2018, 43(11):102-107. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.018

      摘要 (1141) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于结构受力分析,利用ANSYS分析某型在役航空发动机石墨圆周密封的接触特性,研究不同工况参数对密封环最高温度、最大变形、最大应力及接触压力作用规律。结果表明:石墨圆周密封环主密封面应力分布比较均匀,密封环接头处应力最大,这与应用时接头处磨损较重的实际情况相符;辅助密封面和密封跑道应力分布均匀,密封座端面应力沿径向呈梯度分布,最大应力位于密封座靠近密封跑道边缘处;随滑动速度的增大,密封环主密封面最高温度增大,而最大变形、最大应力和接触压力表现为先减小后增大;石墨密封环主密封面最高温度、最大变形、最大应力和接触压力随密封压差增大而增大。

    • 油气润滑电主轴测试平台的设计与实现

      2018, 43(11):108-113. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.019

      摘要 (1162) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电主轴在实际使用、维护和维修中的测试需求,搭建适用于不同型号的油气润滑电主轴测试平台。该测试平台由电主轴辅助功能模块(电主轴支撑固定单元、电主轴控制单元、电主轴油气供给单元和松拉刀单元)和电主轴测试模块组成,结合基于VC编程的数据采集和处理等功能,可实现对不同型号、不同直径油气润滑电主轴的温度、振动、噪声等的测试,为数控机床电主轴的维护保养和维修提供了实验条件。

    • 银固体润滑涂层低温下摩擦磨损性能

      2018, 43(11):114-119. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.020

      摘要 (1144) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用磁控溅射在镍基合金718基底上沉积了8 μm银基自润滑涂层,用XRD对涂层相结构进行表征;在真空条件下对不同温度下涂层的摩擦磨损性能进行研究;用扫描电镜SEM及能谱仪EDS对磨痕形貌和成分进行观察测试。结果表明:所制备的银固体润滑涂层结晶良好,涂层表面均匀致密,与基底结合性能良好,晶粒尺寸约为200 nm;银涂层具有良好的摩擦磨损性能,常温25 ℃下磨痕呈较深的犁沟状,磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主;0 ℃时,涂层表层内部局部地方出现裂纹和孔洞,发生了严重磨损;-50 ℃时,摩擦因数最低,磨损量最小,一层光滑且较软的银基润滑膜生成并粘附在硬质摩擦副表面,增加了润滑效果,磨损机制以轻微的黏着磨损为主;温度继续降低到-100 ℃时,磨痕表面重新出现犁沟状痕迹,磨损机制主要以脆性断裂的剥层磨损为主。

    • 自润滑轴承磨损行为的数值仿真

      2018, 43(11):120-124. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.021

      摘要 (1119) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于大型非线性商业有限元软件ABAQUS,开发了可用于计算自润滑轴承磨损情况的用户子程序。该子程序可以根据接触面上的压力和相对速度等条件计算出各节点的瞬时磨损速度,同时根据磨损量对磨损面上网格进行自动调节,以形成新的接触面和压力分布,从而实现轴承应力分布、局部接触压力、接触面积等物理量随磨损的增加而不断更新。基于ABAQUS和该磨损子程序,模拟了自润滑轴承在运行过程中衬套的长时间磨损情况,计算出了在运行过程中衬套不同区域的磨损量、接触压力和变形并分析他们随时间的演化过程。结果表明:在轴承磨损之后,尤其是经过长时间的磨损,实际接触压力和接触面积相对于初始情况会有很大的改变;基于ABAQUS和该磨损子程序得到的磨损深度以及接触压力等的演化情况与文献中的实验与计算结果相符,验证了建立的模型是有效可靠的。

    • 基于表面喷涂和织构技术的油井光杆摩擦性能改进

      2018, 43(11):125-128. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.022

      摘要 (1177) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升油井光杆耐磨损性能,延长其使用寿命,应用表面喷涂和表面织构技术对光杆摩擦段表面进行处理,在UMT磨损实验机上对不同表面处理技术的光杆进行摩擦性能测试评价。结果表明:超音速等离子喷涂、超音速火焰喷涂涂层可使光杆摩擦因数从096分别下降至085、091,表面织构可使光杆摩擦因数降低至077。表面喷涂技术和表面织构技术均能有效降低光杆表面摩擦因数,而表面织构技术在光杆提升摩擦性能方面优于表面喷涂技术,且加工更方便,具有较好的应用前景。

    • 基础油对锂基脂安定性的影响

      2018, 43(11):129-132. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2018.11.023

      摘要 (1088) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究基础油对锂基脂安定性能的影响。在相同酸碱比例、皂份和相同工艺等条件下,采用12-羟基硬脂酸体系稠化相同黏度不同组分的基础油,制备系列通用锂基润滑脂,分析基础油黏度指数、苯胺点和饱和烃含量对锂基润滑脂安定性能的影响。结果表明:随基础油黏度指数、苯胺点和饱和烃含量的升高,锂基脂工作锥入度、抗水喷雾和压力分油增大,而十万次剪切差值和蒸发量减小;基础油黏度指数、苯胺点和饱和烃含量三者与锂基脂安定性能呈现正相关性,与锂皂的溶解性呈现负相关性。

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