目的研究不同工况下正弦沟槽织构对柱塞密封副摩擦性能的影响,以降低压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损。方法基于压裂泵柱塞密封副几何模型和流体润滑理论,建立了正弦微沟槽织构化柱塞-橡胶密封副动压润滑数值理论模型,通过仿真模拟研究了不同柱塞密封压力、运动速度对正弦织构减磨性能的影响。结果不同密封压力下,从40 MPa增至140 MPa时,织构化柱塞表面的油膜承载力及其增长率都不断增大,摩擦系数增大,增长率减小,且柱塞运动速度越高,油膜承载力及摩擦系数越大。不同柱塞运动速度下,油膜承载力和柱塞速度成线性增长关系,摩擦系数不断增大,增长率则呈现减小趋势。针对常用的压裂泵工况,柱塞运动速度和密封压力为错峰配合。根据仿真结果可以看出,在柱塞运动速度-密封压力为150冲次/min-80 MPa工况下,油膜承载力最大,摩擦系数最小,而300冲次/min-4...

目的提高三元乙丙/金属动密封的抗磨性能,揭示织构化橡胶在不同载荷下的磨损机理和损伤演变规律。方法采用激光打标器在三元乙丙橡胶表面加工规则凹坑阵列,与金属小钢球组成摩擦副,并利用UMT-2摩擦磨损试验机进行摩擦实验,研究不同载荷下织构化三元乙丙橡胶试样的摩擦学特性。通过分析摩擦系数和磨损率等获得实验过程的摩擦学信息,再利用场发射扫描电子显微镜和白光干涉三维表面轮廓仪对磨痕和磨屑进行表面微观分析,并对磨损区域进行三维形貌重组。结果随着载荷的增加,磨损量都有上升趋势,无织构三元乙丙试件的摩擦系数呈下降趋势,织构化表面摩擦系数先减小、后增大。在载荷为35 N时,织构的摩擦学性能最好,相较于无织构试样,其磨损量下降了33.4%,摩擦系数下降了24.2%,表面粗糙度为245 nm;载荷为80 N时,织构的引入会加剧磨损,表面粗糙度...

目的探究织构设计对润滑脂密封副密封性能的影响规律,得到织构化设计的最佳结构参数和工况条件。方法基于润滑脂Herschel-Bulkley流变模型和非接触机械密封原理,选择直线型沟槽织构建立端面密封模型。采用数值模拟方法分析不同倾斜角和转速下密封间隙的流场规律,进一步对密封副泄漏量的影响因素进行系统探究。结果倾斜角不同,泄漏量随转速的变化规律不同。倾斜角为30°时,泄漏量随转速的提升而增大;倾斜角为35°时,泄漏量较小,且随转速变化不大;倾斜角为40°,且转速大于2000 r/min时,泄漏量几乎为0;倾斜角大于等于45°,且转速大于1000 r/min时,流体反向泵送,无泄漏。密封间隙和介质初始温度是影响泄漏的主要因素,泄漏量随密封间隙和介质温度的增大而增大。一定范围内,增加沟槽数量和长度也可减少泄漏。最佳织构参数和工况条件为倾斜角40°,槽数14,...

轴向柱塞泵是液压传动系统的核心动力元件,广泛应用于诸多工程领域。滑靴副是轴向柱塞泵中3对关键摩擦副(滑靴副、配流副和柱塞副)之一,显著影响柱塞泵的服役安全。滑靴副的磨损是引起柱塞泵失效的主要原因,开展滑靴副的服役损伤与防护措施研究对柱塞泵向高速、高压化技术发展有着重要意义。概述了轴向柱塞泵的基本工作原理;介绍了滑靴副间隙润滑油膜的形成和3大作用(润滑、密封和承载),以及油膜特性测量方法和影响因素;阐述了滑靴副的磨损机理、磨损影响因素及磨损状态评估方法;基于滑靴副的油膜特性及磨损机理,着重讨论了滑靴副延寿设计方法和失效防护措施,如优化滑靴副材料匹配、结构的延寿设计方法,以及利用表面织构化、固体润滑涂层改善滑靴副表面摩擦学性能的表面改性方法。表面织构化的原理是利用微纳米加工手段在滑靴...

目的 开展液压支架缸体内壁面再制造粉流场规律分析,以提高液压支架缸体内壁面的修复效率,降低其修复成本。方法 采用激光沉积技术修复液压支架缸体内壁面时,侧向送粉粉流集聚性是影响液压支架缸体内壁面修复效率的重要因素。建立修复液压支架缸体内壁面的长悬伸激光沉积模型,基于DEM-CFD双向气固两相流耦合模型,在送粉喷嘴位姿不变的条件下,分析送粉工艺参数(即载气流速度、保护气速度、送粉速率)对液压缸内孔流域粉流集聚性的影响规律。结果 随着载气流速度的增大,粉流与激光交汇处单位体积粉流浓度呈现先增大后减小的趋势,粉流分布直径呈现先减小后增大的趋势。随着保护气速度的增大,粉流与激光交汇处单位体积粉流浓度呈现先增大后减小的趋势,粉流分布直径呈现先减小后增大的趋势。随着送粉速率的增大,粉流与激光交汇处单位...

目的降低微机电系统表面粘着接触失效。方法考虑纳尺度粘附力﹑单晶铜弹塑性形变及各向异性影响。基于分子动力学法的混合势函数(EAM和Morse)和Verlet算法,对不同曲率半径探针与单晶铜基底粘着接触失效特性进行研究,通过计算原子中心对称参数来描述接触区域原子破坏和迁移轨迹变化。结果研究发现探针与基底尚未接触时(即位移小于1nm)的粘附接触力不受探针曲率半径影响;而探针下降位移大于1nm时,探针曲率半径对粘附接触力曲线有着重要影响,即探针曲率半径越大,粘附接触力也越大,导致基底弹塑性变形更加剧烈,易诱导单晶铜基底大量原子粘附于探针底表面,产生明显的粘着效应;此外,探针曲率半径越大,接触体间粘着滞后现象越明显。结论此研究结果将对微机电系统的粘着接触失效机理和微机械产品表面轮廓设计有着重要的实践指导意义。

目的提高焊管成形质量,为激光复合织构轧辊模具产业化提供试验依据。方法通过数值模拟方法模拟焊管轧辊成形过程,获得不同摩擦系数组合下板料成形应力应变和径向厚度数据,并获得最优模具表面织构方案,为轧辊模具表面织构处理提供依据。依据数值模拟结果,运用激光表面织构技术对辊子模具表面进行复合织构加工处理,开展激光复合织构模具和未织构模具成形对比,并对成形件进行残余应力、应变、边缘减薄率等检测分析。结果数值模拟结果表明,下辊边缘区域应为减摩区,上辊边缘区域应为增摩区;应对下辊边缘区域进行激光微织构减摩,上辊边缘区域进行激光毛化增摩。成形试验结果表明,试验结果与数值模拟结果基本一致;与未织构模具相比,激光复合织构焊管轧辊模具优化了成形件的应力应变分布,降低了板厚边缘减薄率(5.06%),提高了成形件的均...

活塞作为柴油发动机的核心部件之一,恶劣的服役工况对其材料有特殊的要求。概述了活塞用铝基材料的发展状况,包括合金系（Al-Cu-Si系、Al-Cu-Ni-Mg系、共晶型Al-Si-Cu-Mg系和过共晶型A1-Si-Cu-Mg系）与复合材料系（SiC/Al基复合材料、Al2O3/Al基复合材料和TiC、TiB2/Al基复合材料等）,并介绍了不同材料的适用范围。同时,归纳了常见活塞铝基材料的失效机制,包括磨损、机械损伤以及顶部开裂等。其中,活塞因磨损造成的失效在统计活塞失效机制中所占比例较大,具体可分为粘着磨损失效和磨粒磨损失效。针对活塞磨损失效提出了相关改善措施,如材料成分选取和制备方法选取等。此外,针对柴油发动机在实际运行工况中,因活塞所处部位存在润滑油不完全燃烧造成的含硫、氮等腐蚀性气氛而加速磨损的问题,可依托该气氛与相应增强相的反应,使其接触表面生成自润滑...

目的通过表面织构改善液压马达连杆滑靴副的摩擦学性能。方法首先,基于Reynolds方程研究表面织构参数(直径d、面密度sp、深度hp)对滑靴副的无量纲压力(Pav)的影响规律。其次,设计正交试验研究表面织构参数对摩擦系数的影响,分析表面织构的润滑机理。结果 Pav随着d的增加而增大;随着sp的增大,先增加后缓慢减小,当sp=10%时,Pav达到最大值。此外,随着hp的增大,Pav先增加后快速减小,在hp=2μm时达到最大值。摩擦实验结果表明,合适的织构参数能有效降低摩擦系数,7#织构表面(d=700μm,sp=10%,hp=5μm)的摩擦系数最小为0.034,比无织构表面的降低66%。正交极差分析表明,各因素对摩擦系数影响的主次顺序为:直径>面密度>深度。摩擦系数随着直径的增大而减小,随着面密度的增大而增大,随着深度的增大而减小。结论经过优选的表面织构参数有利于形成动压润滑,从而降低摩擦...