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關注創建者:匿名 創建時間:2021-10-08

摩擦潤滑的實例教程
摩擦學問題中各種因素往往錯綜復雜,涉及多門學科,例如,流體力學、固體力學、流變學、熱物理、應用數學等等。由于摩擦學現象發生在表面層,影響因素頗多,這就使得理論分析和實驗研究都較為困難,經典三維CFD或者有限元計算難度很大。
Tribo-X應用場景
摩擦學是有關摩擦、磨損與潤滑科學的總稱,是在研究摩擦和磨損過程中兩個相對運動表面之間的相互作用。由于摩擦引起能量的轉換、磨損則導致表面損壞和材料損耗,因而潤滑是降低摩擦和減少磨損的最有效措施。
常用摩擦潤滑系統
對于典型機械零件的潤滑設計,如滾動軸承、齒輪、凸輪結構、滑動軸承、止推軸承、活塞/氣缸等,Tribo-X計算軟件考慮摩擦學問題中的多種影響因素,能有效解決傳統CAE方法計算困難、計算速度慢的問題,精確考慮各種特性對摩擦學結構的影響,包括混合摩擦、湍流效應、微觀粗糙表面、氣穴等。Tribo-X可以計算潤滑系統的應變、摩擦和溫度等;是一個“數字放大鏡”,查看摩擦接觸的內部,更好的理解整個接觸過程。
Tribo-X完成典型問題的計算通常只需要幾分鐘。能夠充分考慮以下因素:
1、流體動壓
各種流體潤滑問題都涉及在狹小間隙中的流體黏性流動,描寫這種物理現象的基本方程為雷諾方程。各種流體的潤滑計算是基于對雷諾方程的應用和求解。Tribo-X求解器基于雷諾方程,進行對摩擦潤滑系統的計算。相比于經典三維CFD所使用的Navier-Stokes方程,計算速度快,計算時間大幅降低,并且計算結果基本一致。
展開 潤滑油溫度過高會導致潤滑油的加速氧化和劣化,產生酸性物質或者一些不溶物質和沉淀物,降低工件使用壽命;潤滑油溫度過高或過低,都會導致潤滑油的使用壽命降低;溫度過低的情況下還導致黏度降低,油膜太厚的情況下難以提供潤滑保護。進行熱計算后的獲得的油膜溫度和固體表面溫度,都可以判斷環境溫度、注油溫度對軸承行為產生的影響。同樣,利用計算模型獲得的充油率,也是典型潤滑摩擦機械零件的重要參數,便于判斷空化部分。
除了3D和2D的分析結果,在生成的結果文件中還可以獲得直接結果,如下表所示:
表3 部分計算結果
作者:彭朋 安世工仿
展開 彈性流體動力潤滑(elastohydrodynamic lubrication,簡稱“彈流潤滑”)研究充分反映了 21 世紀工程仿真問題的復雜性。彈流潤滑描述兩個嚙合面(如軸承和齒輪)的變形與使其分離的流體動力學之間的耦合效應。如果在研究中引入熱效應,就演變為熱彈性流體動力潤滑(下文簡稱“熱彈流潤滑”)問題。潤滑油膜厚度通常為微米級或更小尺度,但足以保障其良好的低摩擦磨損特性。深入了解熱彈流潤滑機制,有助于改進傳動系統的功率密度、效率以及噪聲、振動與聲振粗糙度(NVH)性能。
在機械零件潤滑接觸的設計過程中,非常關鍵的一點是將潤滑油本身也當作機械零件來處理。借助熱彈流潤滑仿真,研究人員能夠全面分析潤滑接觸,減少制造物理原型的數量。實踐證明,使用多物理場建模和計算機仿真來分析熱彈流潤滑接觸,正是解決此類問題最有效的途徑(圖 1)。
圖 1. 正在運轉的浸油潤滑齒輪副的高速攝影圖片(左)和彈流潤滑接觸示意圖(右)。 圖注:Wheel - 大齒輪; Pressure - 壓力; Temperature - 溫度; Pinion - 小齒輪; Lubricant - 潤滑油; Lubricant film thickness - 潤滑油膜厚度
應對微米級測量難題
由于潤滑油膜和固體變形都是微米級尺度,如果通過在接觸區域放置傳感器來進一步了解熱彈流潤滑性能將極為困難。“兩齒側面間的潤滑油膜厚度在一微米以內,約為頭發直徑的十分之一。接觸壓力一般高達 2GPa,幾乎相當于一塊指甲大小的地面承受 30 輛乘用車時受到的壓強。”Thomas Lohner 解釋道,他在德國慕尼黑工業大學(TUM)的齒輪研究中心(FZG)擔任彈流潤滑摩擦接觸和效率研究部門主管。
借助數值仿真,工程師們能夠設計各式熱彈流潤滑接觸方案,最終實現齒面與潤滑油的合理搭配。
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簡單來說,這種對相對運動產生的阻力被稱為“摩擦”,這也是為什么在金屬板上施加潤滑劑以降低其阻力并因此減小摩擦的原因。摩擦力與兩個運動物體的接觸力之間的比率由摩擦系數“μ”表示,其值取決于摩擦學系統本身和成型過程,例如板材的溫度、沖壓速度、接觸壓力和板材的應變。
我們知道了摩擦力來自何處,以及為什么我們需要在沖壓前在板材上涂抹潤滑劑。現在,我們將著重討論潤滑量如何影響面板在成型過程中的質量。通過下面的圖片大家可以更好地了解潤滑效果。
使用TriboForm創建的摩擦模型在AutoForm中模擬下圖中顯示的所有面板。請注意,當不使用摩擦模型時,使用恒定的摩擦系數“μ”運行模擬。當使用摩擦模型時,用戶可以在模擬面板時改變潤滑量;并且根據面板對摩擦力的敏感程度,潤滑量會對面板的質量產生不同的影響。
圖 3:潤滑量太高
圖 4:潤滑量太低。
圖 5:最佳潤滑。
圖 3、4 和圖5 所示的板材使用相同的精確模擬設置進行模擬,由于潤滑劑量已經發生改變,因此零件質量不同。圖3 中所示的板材因為在拉伸之前在板上施加了高潤滑性,在拐角處有嚴重的起皺。
潤滑量越高,運動阻力越低,即材料隨后以不受控制的方式在工具表面上自由運動,從而產生皺折。相反,當施加在片材上的潤滑量非常低時,運動阻力非常高。這種高阻力迫使金屬板拉伸超過所需的量,產生大量的減薄,并且在某些情況下,產生大量的裂紋,如圖4 所示。
因此,在拉動面板時使用適當的潤滑量變得至關重要,找到所需的最佳潤滑量同樣重要。圖5 顯示了正確使用潤滑劑時沒有皺折和裂縫的板材。
就像任何其他制造工藝一樣,在板材上涂抹潤滑劑會產生一些不一致性,如噪音。
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220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析,輸入主動輪、從動輪各類參數,考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數,輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通,可直接運
220 基于matlab的考慮直齒輪熱彈耦合的動力學分析,輸入主動輪、從動輪各類參數,考慮潤滑油溫度、潤滑油粘度系數等參數,輸出接觸壓力、接觸點速度、摩擦系數、對流傳熱系數等結果。程序已調通,可直接運行。
它可以改善潤滑液在摩擦副界面的潤滑效果,減少摩擦和磨損;也可以提高涂層的附著性和均勻性;還可以調節涂布過程中的涂布速度和涂布厚度分布,實現更加精準的涂布控制。
本案例建立了一微通道屏障結構,模擬了電場作用下液體在微通道內受到屏障邊界作用后的流動。
、磨損和潤滑
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軸承的總旋轉阻力由滾動接觸、滾動元件和機架之間的接觸區域以及滾動元件或機架的導向面中的滾動和滑動摩擦、潤滑劑中的摩擦和接觸密封件的滑動摩擦組成。用于計算摩擦力矩的SKF模型表達式為
式中,M為總摩擦力矩;Mrr為滾動摩擦力矩;Msl為滑動摩擦力矩;Mseal為密封摩擦力矩;Mdrag為阻力損失、攪拌、飛濺的摩擦力矩。
兩個物體表面相互接觸即會產生相互作用力,研究具有相對運動的相互作用表面間的摩擦、潤滑與磨損及其三者之間關系即為摩擦學,目前摩擦學已涵蓋了化學機械拋光、生物摩擦、流體摩擦等多個細分研究方向,其研究的數值量級也涵蓋了亞納米到百微米的區間。摩擦本身是一種能量損耗現象,然而得到合理地利用也能產生巨大的正面效益,因此,準確地測定磨損量并進行精確的控制,是摩擦學研究中的一個重難點。
樹脂含量對剎車片摩擦學行為的影響是指研究相對運動中相互作用表面的摩擦、磨損和潤滑。剎車片復合材料中的樹脂含量會影響剎車片的摩擦系數、磨損率和耐用性等因素。通過將樹脂含量[118]增加到一定閾值以上可以改善摩擦性能,而過多的樹脂會對剎車片的性能產生負面影響。因此,樹脂含量被認為是使用酚醛樹脂或環氧樹脂來控制和優化,以獲得剎車片復合材料所需的摩擦學性能[119]。
1.2 機械噪聲控制
配氣機構噪聲控制:選用優良的凸輪型線,保證平滑的加速曲線和良好的配氣機構動態特性;提高配氣機構剛度,減小部件的變形量,以減小振動和氣門不正常運動,避免氣門飛脫與落座反跳、氣門早關與彈簧并圈,提高各零件之間的摩擦面精度,減小氣門間隙;使摩擦面適度潤滑。
(3)工作輪和機殼之間沒有摩擦,無需潤滑。在化工流程中,離心式壓縮機對化工介質可以做到絕對無油的壓縮過程。
(4)離心式壓縮機為一種回轉運動的機器,它適宜于工業汽輪機或燃汽輪機直接拖動。
滑動軸承按其摩擦狀態可分為非流體滑動軸承(干摩擦和半干摩擦)和流體潤滑軸承(流體摩擦),按照獲得流體摩擦狀態的方法不同,流體潤滑軸承又分為動壓軸承和靜壓軸承兩種。動壓軸承就是依靠本身軸頸(或止推盤)的回轉,把潤滑油帶人軸(或止推盤)與軸承之間,建立起油壓而把軸支撐起來(或承受轉子的軸向推力)的軸承。靜壓軸承就是用泵向軸與軸承之間輸人壓力油,把軸支撐起來的軸承。
2.2.2軸承噪聲的重要聲源還包括滾動體與保持架的撞擊聲、保持架由于渦動而產生的嘯叫聲、滾動體與滾道的接觸摩擦聲(潤滑狀態不好時)等。
2.2.3軸承聲音頻率的本底噪聲具有白噪聲特點,但異常噪聲主要頻率成分都集中在1000-10000Hz,即軸承噪聲一般表現為中、高頻噪聲。