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滑动轴承被广泛应用于工程机械、汽车、航空航天、风力发电等工业领域。作为关键部件,其润滑性能直接影响到机械设备整体性能的发挥。随着现代工业技术的迅猛发展,人们对节能、环保要求的不断提高,滑动轴承的减摩耐磨性能受到广泛关注。近年来,作为改善摩擦副润滑性能的激光表面织构技术(LST)因其无污染、易控制、精度高、加工质量稳定、应用范围广等独特优点而得到广泛青睐。在轴瓦表面制备有规则分布的微织构,能够改善滑动轴承的润滑状况和摩擦磨损性能、延长其使用寿命。本文将以滑动轴承织构表面为研究对象,开展流体动压润滑理论模拟和性能试验研究。
在理论研究方面,本文采用基于Navier-Stokes方程的CFD方法,以克服Reynolds方程在研究表面微织构动压润滑性能方面的不足。首先,建立径向滑动轴承织构表面几何简化模型,研究斜面收敛比、滑动速度、织构宽度、织构深度等参数对其流体动压润滑性能的影响。然后,重点研究阶梯比、收敛比、织构宽度、织构深度等参数对止推滑动轴承阶梯滑块模型的流体动压润滑性能影响。结果表明,随着织构宽度的增加,压力呈抛物线趋势变化;随着织构深度的增大,压力略有上升后但急剧下降。通过控制表面织构宽度ω和深度hp可以获得较佳的流体动压润滑效果。
在性能试验研究方面,采用激光表面织构技术,在大止推圈摩擦副表面制备出规则的、人为可控的微沟槽织构;并在MMW-1A万能摩擦磨损试验机上,模拟滑动轴承进行变工况摩擦学性能试验。结果表明,表面织构试样较光滑未织构试样体现出更好的减摩耐磨性能;随着织构面积占有率的增大,摩擦系数呈先减小后增大的变化趋势;随着织构深宽比的增大,摩擦系数呈上升趋势。在F=50N,n=300r/min的工况下,织构面积占有率Sp=10%、深宽比ε=0.1的试样摩擦系数最小,磨损量最少。本文通过摩擦磨损性能试验得到的织构参数对润滑性能影响的变化规律与理论模拟结果相一致。
本文的研究工作对于进一步拓展激光表面微织构技术在滑动轴承摩擦副中的应用,具有重要的指导意义。