基于跨黏度纤维素对磨螺杆表面的实验与仿真研究

摘要

采用摩擦学性能测试与EDEM仿真模拟相结合的方法，研究了跨黏度纤维素在不同转速和不同载荷下的摩擦学行为，以及在摩擦过程中对螺杆表面的磨损机制。跨黏度纤维素的摩擦学性能测试采用“球-盘”式摩擦磨损试验机，而对螺杆的磨损机制采用Archard Wear磨粒磨损计算公式及离散元方法构建纤维素及螺杆磨损机制模型。研究结果表明，在高转速60 r/min条件下，跨黏度纤维素的磨损规律受施加载荷大小的影响较大，15 mPa·s的摩擦系数在0.19至0.44之间，100 000 mPa·s的摩擦系数在0.25至0.52之间；在低转速10 r/min条件下，摩擦系数受法向载荷影响波动较大，15 mPa·s的摩擦系数在0.25至0.44之间，100 000 mPa·s的摩擦系数在0.24至0.58之间。通过EDEM仿真模拟发现，随着纤维素黏度增大，纤维素与螺杆表面的接触面积随之减少，螺棱在对纤维素推动的过程中，不易造成纤维素在螺槽中的相对滑动，进而减少螺槽部位的磨损。纤维素的黏度大小对润滑效果有一定影响，但并不是决定性因素；影响纤维素的润滑效果和磨损机理的主要是加载载荷，其中磨损程度随着载荷变大而加深，而磨损机理以磨粒磨损为主。同时，纤维素黏度会对螺杆的磨损位置和磨损程度产生影响。

关键词

纤维素 / 载荷 / 陶瓷螺杆 / 离散元法 / 磨损机理

基金资助

国家自然科学基金(51905295); 辽宁省航发材料摩擦学重点实验室开放基金(LKLAMTF202304); 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室开放基金(SKLTKF21B09)