聚合物材料微尺度表面织构弹流润滑特性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:kwatog
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滑动轴承作为支撑轴承类零件的重要机械组件,承担着轴承间作相对运动的主要作用,滑动轴承的摩擦学性能直接影响着整个机械元件的使用寿命、工作效率。最近研究表明,表面织构技术可以有效的减小滑动轴承的摩擦磨损,延长机械检修周期,减少能源损耗,从而提高经济效益。合理的对滑动轴承表面进行织构化设计可以有效的提高滑动轴承摩擦学性能。聚合物材料具有良好的性能:强度高、质量轻、优异的热稳定性、耐磨性和耐腐蚀性等,相比于传统轴承,聚合物材料可以提高轴承耐磨性和耐腐蚀性。实验表明,随着尺寸的降低,聚合物材料的力学性能呈现出强化趋势,具有尺度效应,传统弹流润滑理论基于经典弹性理论无法考虑尺度效应的影响。因此,本文在Cosserat弹性体理论基础上,提出了一种考虑尺度效应的弹性流体润滑模型来研究微尺度滑动轴承润滑性能,通过Cosserat基本方程和二维Reynolds方程迭代求解模型中滑动轴承的弹性变形和润滑膜压力分布,利用提出的Cosserat弹性流体润滑模型研究聚合物表面微织构设计参数和Cosserat理论特征长度对弹流润滑性能的影响。通过分析MATLAB软件计算得到的液膜压力分布云图、液膜厚度分布云图、轴承承载力和摩擦损耗功率,得到以下结论:织构深度、织构直径、织构分布区域大小等对于滑动轴承性能有较大的影响;织构深度为0.8μm时,轴承的承载能力最大,摩擦损耗功率最小;对于表面织构直径,在轴承入口织构区域内,随着表面织构直径的增加,滑动轴承的承载能力不断增大,摩擦损耗功率不断减小;对于表面织构分布大小,随着表面织构分布大小的增加,聚合物滑动轴承的承载能力先增加后减小,存在一个最佳的表面织构分布大小,当表面织构直径为10μm时,最佳表面织构分布区域为70μm×70μm;Cosserat特征长度l_b对聚合物滑动轴承性能影响较大,弯曲特征长度l_b微小的变化就会引起承载能力较大的变化,扭转特征长度l_t对于聚合物滑动轴承的性能影响不大。
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