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  • 2023年第48卷第7期文章目次
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    • 不同轴向载荷下氮化硅全陶瓷轴承润滑特性

      2023, 48(7):1-8. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.001

      摘要 (46) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:全陶瓷球轴承广泛应用在航天航空领域、燃气发动机和极端工况下,然而针对全陶瓷轴承油润滑特性的研究比较少见。以氮化硅6206全陶瓷深沟球轴承作为研究对象,在轴承测振仪上开展陶瓷轴承润滑特性实验研究,采用拟静力学和最小油膜厚度理论通过MatLab的牛顿迭代法得到比较精确的数值解,分析陶瓷轴承的接触载荷、轴向载荷、离心力、最小油膜厚度之间的关系,并通过改变供油量和轴向载荷得到陶瓷轴承在不同工况下的振动规律。实验结果表明:在轴向载荷相同条件下球与外圈之间的接触载荷比球与内圈之间的接触载荷大,轴向位移随着轴向载荷增加呈递增趋势;在轴向载荷一定时,存在一个最佳供油量使轴承振动最小,在干摩擦条件下轴承振动随着轴向载荷增加呈先减少后增大的趋势。

    • 轴承结构参数对曲轴主轴承润滑性能的影响

      2023, 48(7):9-15. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.002

      摘要 (77) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对曲轴主轴承润滑性能的影响因素研究,建立考虑轴颈直径、轴承宽径比和轴承间隙3种轴承结构参数的曲轴主轴承热弹性流体动力润滑模型,分析不同轴承结构参数下的主轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、最高轴承温度和最大摩擦功率损失。计算结果表明:轴承结构参数对主轴承润滑性能有很大影响;当轴颈直径和轴承宽径比变大时,主轴承最大油膜压力会出现减小的情况,最小油膜厚度变大、最高轴承温度升高和摩擦功率损失增加;内燃机主轴承的轴承间隙会随着轴颈直径和轴承宽径比的不同而有不同影响,且轴承间隙对主轴承最高温度和最大摩擦功率损失的影响较为显著。

    • 夹芯磁路下大轴径磁性液体密封性能研究

      2023, 48(7):16-20. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.003

      摘要 (34) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:大直径轴的径向跳动使得磁性液体密封间隙大幅增加,严重削弱了磁性液体密封耐压性能。针对大直径大间隙轴密封耐压能力减弱问题,设计一种具有夹芯磁路的磁性液体密封结构。采用数值模拟的方法研究夹芯磁路下磁性液体密封结构的磁场特性与密封性能,分析夹芯磁路密封结构中密封间隙磁场分布特征,对磁性液体密封经典结构与该新型结构的理论耐压值进行比较和分析。结果表明:与经典磁性液体密封结构相比,该夹芯磁路新型密封耐压能力平均提高约20%,其中在大间隙下耐压能力提升效果更明显;相比于经典磁性液体密封结构,夹芯密封结构的内永磁体使得通过轴的近表面磁力线数量更多;且夹芯密封结构具有更大的磁通密度差值,因而具有更强的聚磁能力。

    • 基于流固耦合的橡胶O形圈老化对密封性能的影响研究

      2023, 48(7):21-26. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.004

      摘要 (46) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:橡胶O形圈在高温受压的环境下易发生老化并产生泄漏,而最大接触压力和永久压缩变形不足以判定密封系统的密封性能。为了更加精准研究橡胶O形圈在高温受压情况下的老化对密封性能的影响,通过实验获取橡胶O形圈老化后的泄漏率和性能数据,构建有限元仿真模型,获取不同老化时间下的密封面接触压力,结合流固耦合模型计算出理论泄漏率。通过对比不同老化时间后的橡胶O形圈的实验泄漏率和密封面接触压力评估其密封性能。对比数值模型得到的结果和实验结果,发现理论模型与实际情况一致性较好,验证了该理论模型可为橡胶O形圈的老化行为分析、预测提供指导。

    • 基于格子Boltzmann方法的微通道内气液两相流流型和压力降特性研究

      2023, 48(7):27-33. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.005

      摘要 (51) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:微流体广泛应用于生物医学和化工等领域。采用格子Boltzmann方法对T型微通道内气液两相流的流动特性进行研究,分析壁面特性、气液流速和气液流速比等对两相流运动特性的影响。结果表明:壁面接触角越大越容易形成气泡,随着毛细数的增大,分散相脱离点逐渐远离两相入口,形成更长的分层流,不易形成气泡;当气相流速较大,生成气泡的位置远离T型微通道交叉处,分层流的长度增加;不同条件下沿微通道方向压力逐渐减小,在气液两相交汇区域压力存在波动;微通道轴线流速的峰值出现“滞后”现象,速度波动随气液流速比增大而增大;大密度比气液两相流模拟,可以对宏观实验现象的机制进行更深入的解释。

    • 表面微织构的组合设计及其对油封性能的影响

      2023, 48(7):34-40. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.006

      摘要 (38) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:对油封表面微织构的形状进行组合设计,应用Abaqus仿真分析不同组合微织构油封的静态接触压力和变形影响矩阵;基于二维平均雷诺方程,建立考虑表面粗糙度以及唇口油膜空化现象影响的流体润滑模型,分析不同形状微织构对旋转油封密封性能的影响规律。结果表明:在相同工况下,相较于无织构油封,微织构对油封泵吸率以及油膜厚度提升较为显著,且组合型织构的提升效果优于单一三角形织构;三角形与半圆形组合织构对油封泵吸率的提升效果最佳,半圆形与方形组合织构对油封油膜厚度的提升为最佳。

    • 轴瓦表面波纹度对柴油机连杆大头轴承润滑特性的影响

      2023, 48(7):41-48. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.007

      摘要 (20) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:柴油机连杆大头轴瓦表面在加工过程中存在波纹度,表面波纹度严重影响轴承接触表面的润滑性能。针对这一问题,建立考虑表面波纹度的连杆组弹性流体动力学模型,分析不同波纹度幅值、阶次和数量对连杆大头轴承润滑特性影响规律。结果表明:随着波纹度幅值、阶次和数量的增加,最小油膜厚度总体先增大后减小,总摩擦功耗先减小后增大,表明合理分布的表面波纹度对轴承性能有积极影响,可提升轴承的润滑性能;基于Box-Behnken试验设计与响应面法对柴油机连杆大头轴承润滑特性进行研究,以轴瓦表面波纹度的幅值、阶次和数量为优化变量,以最小油膜厚度和总摩擦功耗为优化目标进行响应面分析,并结合带精英策略的非支配排序遗传算法进行优化。结果表明:不同轴瓦表面波纹度对连杆大头轴承润滑特性影响差异较大;相较轴瓦光滑表面,优化后最小油膜厚度增加了11%;总摩擦功耗降低了14%。

    • 稳恒磁场作用下摩擦制动尖叫发生率及其预测分析

      2023, 48(7):49-56. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.008

      摘要 (27) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究稳恒磁场作用下制动尖叫发生率随制动工况的变化规律,提出一种基于长短时记忆(LSTM)网络的摩擦制动尖叫发生率的预测模型。设计制动尖叫信号的测量方案,并开展大量的模拟制动试验;通过LSTM门控循环单元的深度学习网络,构建对不同制动工况下制动尖叫发生率的智能预测模型;通过预测模型及摩擦界面的微观特性分析稳恒磁场对制动尖叫行为的影响规律及机制。结果表明:建立的模型可以实现对制动尖叫发生率的准确预测;稳恒磁场可有效降低制动尖叫发生率,但当磁感应强度增大到一定阈值后,磁场对摩擦行为的影响程度趋于饱和,制动尖叫发生率也逐渐趋于稳定。研究结果为探索发展基于磁场的制动器制动尖叫主动抑制技术提供了理论基础和数据模型。

    • 基于齿形链销轴-链板接触副的热混合润滑分析

      2023, 48(7):57-66. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.009

      摘要 (15) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究齿形链销轴-链板副的混合润滑性能,分析齿形链中销轴-链板接触副的几何关系及其运动特性,基于平均流量模型,建立销轴-链板副的热混合润滑模型,讨论综合曲率半径、表面粗糙度及载荷对非牛顿热混合润滑的影响。结果表明:随着综合曲率半径的增加,膜厚比增加,润滑状态由混合润滑转变为全膜润滑状态,油膜压力增加,粗糙峰接触压力减小,摩擦因数与摩擦热均降低,有效地提升了销轴-链板副的润滑性能;由于销轴与链板孔径尺寸偏差的存在,导致综合曲率半径在一定范围内变化,故其对销轴-链板接触副润滑性能的影响是变化的;随着表面粗糙度或载荷的增加,膜厚比减小,摩擦热升高,润滑状态由全膜润滑转变为混合润滑,增加了销轴-链板副的磨损风险。

    • 横向交变载荷作用下三种涂层螺栓的防松性能

      2023, 48(7):67-73. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.010

      摘要 (20) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:选用二硫化钼涂层和碳化钨涂层对45钢螺栓进行表面处理,通过横向振动试验研究横向交变载荷作用下螺栓连接结构的松动行为,并与常用的电镀锌涂层螺栓进行对比分析,讨论3种涂层螺栓的防松性能。利用扫描电子显微镜和电子能谱仪分析试验后螺纹表面损伤形貌及化学成分,揭示螺纹表面的磨损机制。试验结果表明:二硫化钼涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和氧化磨损,碳化钨涂层和电镀锌涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损;相同预紧力或等效应力条件下,二硫化钼涂层螺栓因其界面摩擦因数低,防松性能较差,碳化钨涂层螺栓因其表面耐磨性能优异,防松性能最好;相同预紧力矩条件下,二硫化钼涂层螺栓因预紧力高,防松性能最好,碳化钨涂层螺栓次之,电镀锌涂层螺栓最差。

    • 激光表面织构参数对乏油润滑下钢球-钢盘摩擦学性能影响

      2023, 48(7):74-80. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.011

      摘要 (30) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过改变激光打标机的加工参数对微织构形貌进行优化改进,并利用可控气氛微型摩擦磨损实验仪研究乏油条件下表面微织构不同参数对其摩擦学性能的影响,用微机万能工具显微镜测试表面微织构形貌、磨斑直径、磨痕,并计算得到钢球磨损量。结果表明:当线间距取值0.01 mm,开光延时为-91 μs,关光延时为114 μs,结束延时为112 μs,拐角延时为97 μs时,加工的钢盘三角形微织构的形貌质量比默认参数时高;5个参数对表面微织构形貌〖JP2〗质量影响程度的先后顺序为:拐角延时>开光延时>关光延时>线间距>结束延时;在载荷8.82 N、转速400 r/min乏油润滑条件下,三角形织构摩擦因数和磨损量最小的参数组合为深度18~23 μm,尺寸150 μm,间距250 μm。表面微织构抗磨减摩机制是由流体动压效应、减小接触面积、提供“二次润滑”及收集并储存磨粒等多个机制共同作用的结果。

    • MoDTC增强型磁性液体减摩性能试验研究

      2023, 48(7):81-85. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.012

      摘要 (22) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高磁性液体的减摩性能,在现有Fe3O4磁性液体的基础上,通过微量添加二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC),制备一种MoDTC增强型磁性液体。对MoDTC增强型磁性液体微观粒子的结构、组成成分、磁性能进行测试分析,在不同载荷、速度条件下进行摩擦磨损试验,探究MoDTC含量对磁性液体摩擦磨损性能的影响。实验结果表明:MoDTC增强型磁性液体比铁磁性液体饱和磁化强度小,且剩磁几乎为0,具有较好的磁性能;在试验研究范围内,Fe3O4磁性液体润滑下的摩擦因数比油润滑低,MoDTC增强型磁性液体的摩擦因数低于Fe3O4磁性液体的摩擦因数,且MoDTC质量分数为6%时减摩效果较佳;当载荷在25~45 N范围内,MoDTC增强型磁性液体的摩擦因数先随载荷增大而减小,超过临界值30 N后,摩擦因数随载荷增大而增大。研究结果表明,磁性液体中加入适量的MoDTC具有较好的减摩性能,能在一定程度上改善磁性液体的润滑性能。

    • 高水基液压阀陶瓷摩擦副摩擦学性能研究

      2023, 48(7):86-91. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.013

      摘要 (21) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为选择适合的高水基乳化液液压阀摩擦副材料,探讨ZrO2与不同结构陶瓷组成的摩擦副在高水基乳化液润滑状态下的摩擦磨损特性。采用摩擦磨损试验机,在不同载荷和滑动速度下,研究在高水基乳化液介质中4种不同陶瓷材料(ZrO2、Al2O3、Si3N4和SiC)分别与ZrO2配副的摩擦学性能,并探讨不同组合陶瓷摩擦副的磨损机制。结果表明:在高水基乳化液中,各陶瓷的摩擦因数均随着滑动速度的增大而降低,其中Al2O3陶瓷的摩擦因数最小;ZrO2、Al2O3和Si3N4陶瓷的摩擦因数受载荷的影响较小,SiC陶瓷的摩擦因数则随着载荷的增大而骤增;各陶瓷的磨损体积都随着速度和载荷的增大而增大,其中Al2O3/ZrO2陶瓷摩擦副的磨损体积最小,其磨损机制以磨粒磨损和微疲劳磨损为主。研究表明,在不同工况下,Al2O3与ZrO2陶瓷配副的摩擦因数和磨损体积均为最低值,更适合作为高水基乳化液液压阀的摩擦副材料。

    • 复合节流式静压气体轴承静态特性分析

      2023, 48(7):92-99. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.014

      摘要 (49) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步提升静压气体轴承的静态性能,以普通孔式节流为基础,配合表面周向和径向槽节流,提出复合节流式静压气体轴承,以充分发挥2种节流方式的优点,使静压气体轴承具有更好的承载能力和刚度。利用Fluent计算轴承内流场参数并分析流场特性,比较复合节流式与普通孔式节流静压气体轴承的承载能力和刚度,并研究孔式参数和表面槽参数对复合节流式静压气体轴承静态特性的影响。结果表明:在一定气膜厚度范围内,复合节流式静压气体轴承对于提升承载力、增强刚度有着显著的效果;复合式节流因为有表面槽二次节流的存在,均压效果更好。增加节流孔数、节流孔直径、节流孔分布圆半径,以及在气膜厚度较小时增加表面槽长、槽宽、槽深,均有利于增加轴承承载力;在气膜厚度较小时,增加节流孔数、减小节流孔直径,以及增加表面槽长和槽宽、降低槽深,均有利于增加轴承刚度。

    • 发动机缸孔椭圆开口偏置类抛物线微织构研究

      2023, 48(7):100-106. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.015

      摘要 (15) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究更有利于提高汽车发动机活塞环/缸套摩擦副性能的微织构,在某发动机活塞环/缸套摩擦副设计椭圆开口偏置类抛物线微织构,综合运用CCD实验设计和响应面优化理论,采用CFD方法研究该微织构特征参数对活塞环/缸套摩擦副摩擦因数和承载压力的影响规律;建立相应的数学模型,并运用鲸鱼优化算法对微织构参数进行多目标优化设计。结果表明:微织构参数对活塞环/缸套摩擦副摩擦因数程度由大到小依次为密度、长半轴、深度、偏置量、短半轴,对承载压力的影响程度由大到小依次为密度、深度、偏置量、长半轴、短半轴;所建相应数学模型具有足够的精度,可用于依据微织构特征参数对摩擦副相关性能的准确预测。得出的微织构最优参数为:椭圆长半轴390 μm,短半轴108 μm,偏置量139 μm,深度42 μm,织构密度0.69。与未织构摩擦副相比,按照最优微织构参数织构化的活塞环/缸套摩擦副的承载压力提升了2.67%,摩擦因数降低了32.1%。

    • 飞机起落架减震支柱用T形密封圈性能分析

      2023, 48(7):107-113. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.016

      摘要 (36) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:起落架减震支柱是飞机的重要部件,其密封失效会导致飞机强烈的颠簸跳动,进而影响任务的执行和飞行安全。选取某型飞机起落架减震支柱用T形密封圈,通过ABAQUS有限元软件对T形圈进行仿真,获得不同工况下T形圈的应力应变云图,分析T形圈静态接触压力随工作压力和摩擦因数的变化规律;建立往复密封T形圈的混合润滑模型,以摩擦力和泄漏量作为评价指标,获得往复运动速度对T形圈密封性能的影响。结果表明:工作压力每增加5 MPa,最大von Mises应力增加1.2倍左右,上部支撑环与T形圈右侧的接触区域为易发生失效部位;最大应变量受摩擦因数影响较小,主要出现在下部支撑环与T形圈接触的圆角位置;随着缓冲支柱运动速度的提高,净泄漏量增加,摩擦力减小。

    • 考虑混合润滑的飞机燃油泵径向滑动轴承静特性分析

      2023, 48(7):114-122. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.017

      摘要 (112) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对飞机燃油泵径向滑动轴承润滑油黏度极低、润滑油膜形成难、表面易磨损等问题,通过综合考虑紊流、热效应、质量守恒、温黏效应及混合润滑边界等因素,建立轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元方法联立求解雷诺方程、能量方程、接触方程得到轴承的静态特性,研究轴承间隙比、宽径比、转速、载荷、进油温度等对轴承静态润滑性能如油膜厚度和油膜压力的影响规律。结果表明:由于航空煤油动力黏度低,造成轴承的浮起转速高(大于5 500 r/min),极限承载力低(小于37 N)、油膜厚度过低;降低进油温度、适当减小间隙,增加轴瓦宽度有利于增加油膜厚度,提高轴承可靠性。研究结果对飞机燃油泵径向滑动轴承设计与运行维护具有一定的工程借鉴价值。

    • 基于有限元的盾构机主轴承腔内润滑特性研究

      2023, 48(7):123-129. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.018

      摘要 (28) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:盾构机主轴承具有尺寸大、承受载荷高且转速慢的特点,研究其主轴承腔内润滑状况,对于保证盾构机主轴承的可靠性至关重要。运用三维建模软件及流体仿真软件对盾构机主轴承进行建模及腔内流体域仿真,研究主要润滑参数包括进油口位置分布、进油口的选择、润滑油黏度对腔内润滑状态的影响,以及腔内润滑状态与温度的关系。结果表明:进油口位置分布对润滑状态有着较大影响,非对称进油口分布对这种极低速旋转及重载的盾构机主轴承更有利;为改善润滑状态,进油口应分主进油口和副进油口,保持主进油口常开,副进油口的打开视工况而定;润滑油黏度对润滑状态及温度都有较大影响,存在最佳黏度区间使得温度保持较低水平且润滑状态良好;对应位置润滑油体积分数与温度成反比关系。

    • 基于PCB线圈吸附式铁磁传感器的研究

      2023, 48(7):130-135. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.019

      摘要 (55) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:运用PCB线圈作为感应元件的铁磁传感器越来越成熟,但PCB线圈由于其结构限制,使得铁磁颗粒不能通过其检测区域,另也没有相关研究证实PCB线圈对于铁磁颗粒测量的精确性。为此提出一种基于磁塞与电感检测原理的新型铁磁传感器。使用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立传感器的仿真模型,对PCB线圈的磁场分布进行仿真分析。结果表明:PCB线圈表面磁场强度具有良好的均匀性,适当减小PCB线圈的内径,有利于提高PCB线圈的磁场均匀性。基于仿真分析结果,设计5种不同尺寸规格的PCB线圈,并设计实验验证该传感器的检测精度。实验结果表明:该传感器具有良好的灵敏度,能有效检测出粒径100 μm以下的铁磁颗粒。

    • 离心压缩机磁流体密封设计及优化分析

      2023, 48(7):136-145. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.020

      摘要 (54) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有密封方式难以解决离心压缩机旋转主轴线速度高所引发的密封困难问题,设计一种带有降温和降压功能的新型磁流体密封装置,基于磁流体运动方程建立考虑离心力影响的磁流体旋转动密封耐压计算公式,利用有限元数值分析方法研究该密封装置密封间隙内磁感应强度分布规律,分析各结构参数对密封性能的影响,运用正交试验和响应曲面优化方法对关键结构参数进行优化设计。结果表明:当转轴线速度较高时,离心力对密封性能有显著影响;密封压力值随着永磁铁厚度和永磁铁宽度的增加,先增加后趋于平稳,随着密封间隙的增加而降低,随着齿宽、齿高和槽宽增加,先增加后减小,各参数对密封性能的影响程度由大到小依次为密封间隙、齿宽、槽宽、永磁铁宽度、齿高、永磁铁厚度;优化后磁流体密封的结构参数为密封间隙0.1 mm、极齿宽度1.274 mm、齿高1.8 mm、槽宽2.236 mm、永磁铁厚度7 mm、永磁铁宽度20 mm;优化后密封压力值为0.721 MPa,远高于工况要求密封压力值。

    • 水下设备密封胶筒截面形状的响应面优化

      2023, 48(7):146-152. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.021

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:胶筒的密封性能对于封隔器等水下设备来说极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。一般来说,胶筒的上端与下端受到的约束条件并不相同,并且在密封性能方面,胶筒上端接触压力更大,且胶筒的各个结构参数相互影响。因此建立综合考虑胶筒上端厚度与倒角角度的二维数值模型,以外筒内侧受到的应力为优化目标,引入防肩突变量作为防止肩突发生的约束条件,利用响应面优化方法结合多目标遗传算法,对胶筒的端面厚度和角度进行优化。结果表明:在有限元仿真中,防肩突变量可有效地反映出胶筒在挤压过程中是否出现的肩突情况;在优化过程中加入防肩突变量进行约束,可避免得到产生肩突的胶筒结构参数值。优化得到了胶筒上端厚度比下端厚度大的胶筒截面结构,其密封性能比传统的胶筒截面结构更有优势。提出的不对称胶筒截面形状对类似密封件的研究有重要的理论意义。

    • 基于正交试验的深海Y形密封圈结构优化

      2023, 48(7):153-158. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.022

      摘要 (19) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高深海极端环境中Y形圈的密封性能,采用有限元仿真分析Y形圈往复运动中接触应力和剪切应力的特征,通过正交试验分析Y形圈的根部倒角、唇底深度、唇间夹角、唇底圆角半径、唇边长度5个截面参数对其最大接触应力和最大等效应力的影响规律。结果表明:Y形圈根部倒角对密封影响最大,唇底深度、唇间夹角和唇底圆角半径对密封性能的影响次之,三者的影响程度基本相当,唇间夹角对密封影响最小。提出一种优化的Y形圈结构,研究表明,其最大接触应力提高3.99%、最大等效应力降低20.50%;当从海面到下潜到深海5 km的过程中,Y形圈最大接触应力、最大等效应力优于优化前,二者增幅都小于5%。相关研究有效提高了Y形圈在深海环境中的密封性能和可靠性,具有工程应用指导意义。

    • 汽车排气管V形金属密封环设计与优化

      2023, 48(7):159-166. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.023

      摘要 (26) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对汽车排气管密封问题,设计一种适合汽车排气系统密封的V形金属密封环。该密封环采用平面接触、小接触压力方式,在满足密封要求的同时避免了较大的预紧力;在波谷处采用圆弧过渡,降低了密封环的整体刚度,侧边倾斜一定角度以增大密封环的回弹性能。利用ANSYS Workbench软件对V形金属密封环常温预紧和高温工况下的密封性能进行分析,在保证密封强度要求下确定安装时合适的轴向压缩量;分析密封环结构参数对密封性能的影响,发现壁厚、环宽、波谷半径、接触圆半径、开口角度对密封性能影响较大。基于Design-Expert软件对密封环结构参数进行多目标优化,从而降低了密封环最大等效应力,提高了最大接触压力,减小了密封环质量,并通过相关实验验证有限元模型的可靠性。

    • 陶瓷滑动轴承磨损可靠性建模及仿真分析

      2023, 48(7):167-171. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.024

      摘要 (13) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以一种全Al2O3陶瓷滑动轴承为研究对象,基于Evans陶瓷磨损失效模型和轴承几何模型,建立陶瓷滑动轴承的磨损深度函数模型,并编制MatLab仿真程序确定磨损深度概率分布函数。使用所建立磨损深度函数模型一阶原点矩及二阶中心矩结合数值积分法建立陶瓷轴承磨损可靠度模型,并使用Monte Carlo可靠度仿真方法进行验证。根据磨损可靠度计算与仿真结果,分析不同参数对可靠度的影响,结果表明:可靠度随工作时长、载荷、转速的增加而减小,随轴瓦长度增加而增大,且可靠度曲线都呈现出初期变化平缓,随后快速变化,最后再次趋于平缓的趋势。

    • 封隔器用橡胶密封材料在含H2S和CO2酸性环境中的适应性

      2023, 48(7):172-177. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.025

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着高温、高压、含H2S/CO2油气田的不断开发,封隔器用橡胶材料的服役环境越来越苛刻。为研究橡胶密封材料在高温、高压含H2S/CO2环境中的适应性,在高压釜中模拟渤中19-6区块的地层环境,将氟硅、氟碳、氢化丁腈、四丙氟4种橡胶进行耐蚀性实验,采用扫描电子显微镜、电子拉力试验机、邵氏硬度计对橡胶材料暴露在模拟环境中前后的截面微观形貌、力学性能、硬度进行检测。实验结果表明:在模拟环境中橡胶的耐蚀性由高到低为氢化丁腈橡胶、四丙氟橡胶、氟碳橡胶、氟硅橡胶;氢化丁腈橡胶在模拟工况环境中性能最为稳定,这是由于其分子的不饱和键作为可硫化的交联点,在一定程度上增强了其耐腐蚀性能;四丙氟橡胶在气相中力学性能较液相中下降了约75%,CO2的存在会加剧四丙氟橡胶的H2S腐蚀;氟碳橡胶和氟硅橡胶腐蚀严重,不适合在该模拟工况下使用。

    • 模拟工况条件下改性烃类航空润滑油综合性能对比分析

      2023, 48(7):178-183. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.026

      摘要 (19) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足航空发动机日益严苛的工况要求,通过向某烃类航空润滑油中添加不同量的添加剂,制备一系列改性航空润滑油;采用氧化工况模拟标准装置,分别测试不同氧化时间、不同氧化温度下,改性油样及原油样的黏度、酸值、倾点、抗磨性能、承载能力、起始氧化温度(IOT)、氧化诱导期(OIT)等性能指标,评价改性油样的综合性能。实验结果表明:氧化温度越高,改性油样颜色加深速度越缓慢,即抑制油品氧化效果越明显;相同氧化条件下,改性油样与原油样相比,酸值增速较低,即改性后油样能有效抑制酸值升高,改善了油品的抗腐蚀性能,同时改性对油品的黏度、倾点未产生不良影响;油样改性后未对抗磨性能产生不良影响,但有可能导致油品的承载能力下降,不过影响在可控范围内;油样改性后IOT、OIT值提升,氧化安定性明显改善。

    • 弹性变形对泵用高速波度端面机械密封液体泄漏特性的影响

      2023, 48(7):184-189. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.027

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:高参工况下密封环的弹性变形在一定程度上会影响密封性能。以波度端面机械密封为研究对象,考虑空化效应和弹性变形,对高速波度端面机械密封液体泄漏特性开展理论研究。采用有限差分方法数值求解密封的压力分布、开启力和泄漏量,重点分析密封端面波度几何参数以及密封工况参数对开启力和泄漏率的影响规律。结果表明:高速工况下波度密封端面空化加剧以及端面变形,使得密封端面承载力减小;当表面波度幅值较小时,考虑弹性变形时的密封开启力大于不考虑弹性变形时的密封开启力,而表面波度幅值大于0.2 μm之后,两者呈现相反的结果;考虑弹性变形时的密封泄漏率则均大于不考虑弹性变形时的密封泄漏率;在弹性变形影响下,波度端面机械密封的密封性能主要受密封压力和密封间隙的影响;随着密封压力的增加,密封泄漏率增加;随着密封间隙的增加,考虑弹性变形前后的泄漏率差值逐渐减小。在文中计算条件下,弹性变形使得密封泄漏率增加可达50%以上。

    • 集成电路钴化学机械抛光缺陷控制的研究进展

      2023, 48(7):190-197. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.028

      摘要 (88) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:钴(Co)因拥有较低的电阻率、良好的热稳定性、与Cu黏附性好等优点,可以替代钽(Ta)成为铜(Cu)互连结构的阻挡层;当特征尺寸减小到10 nm后,由于Co良好的抗电迁移能力,可以在很薄的阻挡层上实现无空隙填充,作为理想的互连金属候选材料,表现出了巨大的应用潜力。但由于Co的反应活性较强,以及不同金属材料之间的腐蚀电位差异,在化学机械抛光(CMP)过程中容易形成点蚀和电偶腐蚀缺陷,严重影响器件的性能,而成为研究的热点。综合分析近年来关于钴CMP过程中表面缺陷的产生及控制的相关研究,重点分析抛光液中的络合剂、缓蚀剂等成分对于钴表面缺陷的产生以及控制的作用机制;指出在碱性环境下,选择合适的缓蚀剂和络合剂以及利用不同缓蚀剂的协同作用,可以有效控制点蚀缺陷的发生,并指出量子化学可从分子层面上定性定量地分析抛光液中各试剂的相互协同机制,为抛光液的设计提供理论支撑。

    • 植物油改性对其氧化稳定性影响的研究进展

      2023, 48(7):198-206. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.029

      摘要 (22) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:植物油因较高的黏度指数、低挥发性以及良好的生物降解性和润滑性等,使其具有环境友好型生物润滑油的潜质,但由于自身氧化稳定性和低温流动性较差,需通过改性来改善其抗氧化性能。综述不同改性方法改善植物油氧化稳定性的原理、催化试剂、改性效果以及各种改性方法的优缺点,对植物油改性方法的未来研究方向进行展望,指出不饱和碳碳双键含量高的植物油可以优先使用环氧化或选择性加氢改性,再联用其他改性方法,从而既提升其氧化稳定性,又保证其低温流动性和生物降解性。

    • 煤基SN级5W-30汽油机油行车试验研究

      2023, 48(7):207-212. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.030

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:行车试验是全面评价汽油机油(润滑油)性能的重要方法。分别对自研煤基5W-30汽油机油和市售SN 5W-30汽油机油进行10 000 km行车试验研究,依据国家标准GB/T 8028—2010《汽油机油换油指标》对不同行驶里程下的旧油进行理化性能分析。结果表明:10 000 km行车试验后,2种汽油机油性能指标均未超过换油指标要求,仍有较大性能余量;相比市售SN 5W-30汽油机,自研煤基汽油机油行车试验后铁含量和酸值增加更小,碱值余量更大,表现出更优异的润滑性能、抗氧化性能、抗磨损性能和清洁分散性能。

    • 燃料电池仿生密封结构的设计与仿真

      2023, 48(7):213-220. DOI: 10.3969/j.issn.0254-0150.2023.07.031

      摘要 (68) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前质子交换膜燃料电池密封不严导致的电化学性能低和泄漏等问题,从仿生学角度出发,以自然界的鲨鱼牙齿和扇贝壳作为仿生原型,对燃料电池的密封双极板结构进行仿生结构设计,提出4种仿生密封双极板结构,并建立密封双极板的接触力学模型,最后在有限元分析软件ABAQUS和ANSYS Fluent中开展仿生密封双极板与常规密封双极板的仿真对比试验。结果表明:仿生密封双极板接触面上的应力更大,两接触面的结合更加紧密;仿生密封双极板一凸一凹的镶嵌结合方式,减小了泄漏通道的有效高度,增大了泄漏阻力,可有效防止泄漏的发生;仿生密封双极板具有流固耦合密封效应,在双极板之间存在多个阻断面和空腔,可对流体造成明显的压差损失,能有效避免流体的泄漏。

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