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1、摩擦是關(guān)系到機(jī)械設(shè)備可靠性、耐久性以及能量利用率的主要因素。有效減小摩擦可使機(jī)械設(shè)備處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài),發(fā)揮更好的性能,節(jié)省能耗,延長(zhǎng)檢修周期和使用壽命,從而獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。近年來,表面織構(gòu)技術(shù)已被證明是改善摩擦副摩擦學(xué)性能的有效手段。合理的表面織構(gòu)設(shè)計(jì)可以使其發(fā)揮出更為優(yōu)越的摩擦學(xué)性能。為豐富表面織構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究,本文對(duì)影響織構(gòu)化表面潤(rùn)滑減摩性能的表面織構(gòu)參數(shù)、組成表面織構(gòu)的微凹坑形狀、以及微凹坑排布形式等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
2、
首先,在流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件下,基于Renolds方程建立了表面織構(gòu)的潤(rùn)滑模型,并以此分析表面織構(gòu)參數(shù)、微凹坑形狀、以及微凹坑排布形式等對(duì)潤(rùn)滑膜承載力的影響。然后,根據(jù)理論分析結(jié)果,進(jìn)行了織構(gòu)化表面減摩試驗(yàn)的設(shè)計(jì)及研究。試驗(yàn)中選擇面.面接觸摩擦副為研究對(duì)象,并利用光刻微細(xì)電解加工方法加工織構(gòu),試驗(yàn)在往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。
在對(duì)表面織構(gòu)參數(shù)的研究中發(fā)現(xiàn):對(duì)于圓柱形微凹坑,深徑比和面積率都是影響潤(rùn)滑膜承載力的
3、重要因素。最優(yōu)微凹坑深徑比和最優(yōu)微凹坑面積率受到最小潤(rùn)滑膜厚度的影響。該結(jié)論在試驗(yàn)中得到了較好的驗(yàn)證。在試驗(yàn)所選擇的參數(shù)中,微凹坑直徑為200μm、深度為8~10μm、面積率為10.4%的織構(gòu)化表面,相比無織構(gòu)化表面表現(xiàn)出最優(yōu)減摩效果。
在對(duì)微凹坑形狀的研究中發(fā)現(xiàn):微凹坑形狀也是影響潤(rùn)滑膜承載力的重要因素。在固定的微凹坑面積、深度和面積率下,不同的微凹坑形狀產(chǎn)生的潤(rùn)滑膜承載力大小不同。在試驗(yàn)所選擇的圓形、正方形和橢圓形微凹
4、坑中,長(zhǎng)軸與潤(rùn)滑劑速度方向垂直的橢圓形微凹坑總能使織構(gòu)化表面表現(xiàn)出最優(yōu)減摩效果,其次是正方形,再次是圓形。當(dāng)試驗(yàn)載荷為200 N、曲柄轉(zhuǎn)速為200 r/min時(shí),上述三種形狀的微凹坑織構(gòu)化表面最大減摩率分別為26.7%、21.8%和18.3%。
在對(duì)微凹坑排布形式的研究中發(fā)現(xiàn):改變微凹坑之間的相對(duì)位置同樣會(huì)影響潤(rùn)滑膜承載力。與微凹坑正方形網(wǎng)格分布形式的織構(gòu)化表面相比,選擇合適的微凹坑排布形式可使減摩效果得到進(jìn)一步提高。在研
5、究范圍內(nèi),微凹坑橫向間距與縱向間距比值為1/3的織構(gòu)化表面所表現(xiàn)出的進(jìn)一步減摩效果最為明顯。當(dāng)試驗(yàn)載荷為200 N、曲柄轉(zhuǎn)速為400 r/min時(shí),減摩率進(jìn)一步提高了22.14%。
部分織構(gòu)作為一種微凹坑排布的特殊形式,其潤(rùn)滑減摩性能同時(shí)受到微凹坑參數(shù)、部分織構(gòu)位置、以及部分織構(gòu)率的影響。研究發(fā)現(xiàn):只有當(dāng)微凹坑面積率大于10%時(shí),部分織構(gòu)才可能體現(xiàn)出比全織構(gòu)更好的潤(rùn)滑減摩性能。在所研究的入口邊界部分織構(gòu)、出口邊界部分織構(gòu)、
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