1047 / 2023-02-16 21:41:08

表面形貌对点接触弹塑性混合润滑行为的影响

机械零部件表面不是绝对光滑的，其微凸体形状和大小具有随机性和复杂性。重载及表面粗糙峰作用使得机械摩擦副常处于混合润滑状态，导致接触界面产生塑性变形和摩擦磨损，不仅造成能源消耗，还会对机械设备的可靠性和使用寿命产生影响。为探究粗糙表面形貌对弹塑性混合润滑接触行为的影响，解决传统有限元法计算时间长、网格易发生畸变导致不收敛等问题，发展了一种基于半解析法的、同时考虑弹塑性变形和真实表面形貌的确定性数值模型。根据米塞斯屈服准则判断接触区域是否发生塑性变形，基于线性强化的应力—应变本构关系建立瞬态点接触弹塑性混合润滑模型和等效摩擦系数计算模型；采用统一Reynolds方程系统同时建立流体润滑区和微凸体接触区的控制模型，利用多重网格迭代法联立求解油膜方程、载荷平衡方程、润滑油的粘压方程和密压方程，不需要事先知道接触区域的信息，通过设定区域转换值即可实现计算过程中的区域转换；采用二维数字滤波法和Johnson转换系统模拟重构具有指定轮廓算数平均偏差、峰度、偏态、自相关长度等统计特征的随机粗糙表面，分析形貌参数对油膜压力、膜厚、摩擦系数、接触面积比、接触载荷比、米塞斯应力、塑性变形等混合润滑性能参数的影响，结果表明：与弹流润滑结果相比，塑性变形的存在会导致更低的压力值和更广泛的接触区域；轮廓算数平均偏差、偏态、波长因子的减小以及峰度的增大更有利于改善混合润滑性能。为避免摩擦副热运行产生磨损等不良后果，分析外载荷、润滑油卷吸速度等因素导致不同粗糙表面润滑行为失效的临界值，为实际工作中提前预防和减小摩擦磨损，改善设备运行状况等问题提供理论依据。针对特定材料的摩擦副，表面形貌参数为轮廓算术平均偏差为1.5μm、偏斜度为-1.5、峰度为5、自相关长度x和y方向均为20μm，施加载荷超过500N、卷吸速度低于0.1m/s时，中心膜厚小于区域转换值10nm，润滑行为失效，摩擦副发生干接触。