在工程机械领域,微磨粒常随着油液、空气等载体进入平面摩擦副缝隙,产生严重的磨粒磨损,进而影响整个机械系统的可靠性及使用寿命。在干摩擦工况下,表面织构具有收纳微磨粒、降低摩擦系数、提高摩擦副耐磨性能等重要功能。为此,本文重点研究了干摩擦工况下,织构化平面摩擦副在往复和旋转两种运动形式下的抗磨粒磨损行为,探究了织构化摩擦副的磨粒磨损规律,实现了对磨粒磨损行为的较精准预测。从而为干摩擦工况下织构化平面摩擦副的磨粒磨损行为研究奠定基础。
(1)基于EDEM离散元及相似理论建立了干摩擦工况下织构化摩擦副的磨粒磨损仿真模型。提出了轴向与端面两种摩擦副模型的简化及污染机理,通过堆积角实验及虚拟标定确定了材料的物性参数。基于相似理论建立了重要物理参数的量纲分析表。借助比例因子使仿真物理量与真实颗粒的物理量建立联系。为干摩擦工况下织构化平面摩擦副的磨粒磨损行为研究奠定基础。
(2)往复工况下的织构化平面摩擦副的磨粒磨损行为研究。建立了摩擦副磨损分布的数值模型,分析了磨损量与织构面积率、织构错位角、织构数目、颗粒数量、颗粒半径之间的关系。建立了Grid Bin Group虚拟几何体计算磨粒分布百分比,分析了微织构摩擦副存储磨粒的能力。在单因素分析基础上,开展了多因素交互的仿真研究。影响往复摩擦副磨损均值的响应显著性因子由强至弱排列:磨粒半径(D因子)>偏移角度(B因子)>织构数量(C因子)>面积率(A因子)。随着磨粒半径的增大,磨损量均值逐渐减少。随着偏移角度的增加,磨损均值先增大后减小,面积率与织构个数对磨损量均值的影响较小,随着面积率的增大,磨损量均值略微上升。在A因子和B因子高水平,C因子较高水平和D因子低水平时出现较大值磨损量。
(3)旋转工况下的织构化平面摩擦副的磨粒磨损行为研究。在织构化往复摩擦副的磨粒磨损行为研究的基础上,开展了旋转摩擦副的磨粒磨损行为研究。分析了磨损程度与织构面积率、织构错位角、织构数目、颗粒数量、颗粒半径之间的关系。建立了Grid Bin Group虚拟几何体计算磨粒分布百分比,分析微织构摩擦副存储磨粒能力的变化。在单因素分析基础上,开展了多因素交互的仿真研究。针对旋转摩擦副,影响摩擦副磨损均值的响应显著性因子排序为:磨粒半径(D因子)>织构数量(C因子)>偏移角度(B因子)>面积率(A因子)。随着磨粒半径的增大,磨损量均值逐渐增大。随着偏移距离、面积率与织构个数的增加,磨损均值逐渐减小。在A因子、B因子和C因子低水平,D因子高水平时出现较大值磨损量。
(4)开展了干摩擦条件下织构化平面摩擦副磨损试验。采用了四轴高速微钻加工平台制备织构化试件,利用往复及旋转摩擦磨损试验机进行试验。探究了织构排布及磨粒数量对摩擦副摩损特性的影响,验证了仿真的可靠性。其结论如下:基于理论仿真研究,验证了改变织构排布角度、距离对摩擦副磨损的影响,相比于无角度、偏移距离的摩擦副,改变角度、距离的摩擦副产生的磨痕深度更深。当磨粒数量很少时,磨损范围很小,磨痕深度较深。磨粒数量增加时,磨损范围增加,磨痕深度变浅。
图[93]表[16]参[80]
暂无评论