固—液两相润滑流体点接触热弹流润滑研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lqh2012
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弹性流体动压润滑出存在很多机械零部件中,例如滚动轴承、齿轮和凸轮机构等。弹流润滑区域主要是由流体动压效应、表面弹性变形和润滑剂的粘压效应所耦合形成的一层连续的润滑膜。该润滑膜可以承载的压力约为大气压的数百万倍。膜厚是润滑膜的一个重要特征:膜厚可以使两接触表面分离,这就避免表面过早磨损和接触疲劳。多年来,研究学者关注焦点集中在提高润滑膜的性能获得较大膜厚、在不同的工况条件下预测弹流润滑状态和油膜厚度的测量方法等。本文研究的润滑剂是#30SAE机油和在#30SAE机油中掺杂不同的固体润滑添加剂。采用的添加剂是聚四氟乙烯(PTFE)和二硫化钼(MoS2)。#30SAE机油作为基体油,它的动力粘度是在21oC时为0.205Pas。在21oC时,添加PTFE的#30SAE机油动力粘度是0.255Pas,添加MoS2的#30SAE机油动力粘度是0.251Pas。文中研究了这三种润滑油的不同润滑性能,主要集中在添加不同固体润滑剂对弹流的影响。对弹流润滑而言,光干涉法是一种最有效和应用最广泛的测量润滑膜厚度的方法。本文的研究就是运用该方法来测量膜厚的。光干涉实验台的主要部分是一块旋转的平面玻璃盘(由可调速的电机带动)和直径为25.4mm的钢球(由小杯容器托住并施加载荷)。钢球与玻璃盘间的载荷可以在1N到2.6N范围内变化。它们之间的接触点位于盘面半径约为60mm处。润滑剂盛在小杯容器中,钢球部分浸入润滑剂,在运动过程中可实现完全弹流润滑。接触区用光学显微镜来观察。利用波长为600nm的干涉光,可在接触区域获得清晰的干涉条纹。用转速计记录下玻璃盘的角速度,并采集干涉条纹的图像,然后通过计算机程序的计算,我们可以获得润滑膜厚。不同载荷和转速下,润滑膜的温度可由非接触式红外测温仪测得。所测量的温度可以来分析润滑膜的温度效应。本文的创新点是运用微极流体理论来分析两相非牛顿流体润滑剂的性质。本文给出了微极流体的流体动压润滑控制方程,并考虑了润滑剂的粘度和温度效应。本文基于弹流润滑接触区的状态,重点研究了两相润滑流体的弹流润滑温度效应。同时,本文给出了两相固体润滑剂的全数值分析方法,研究了PTFE和MOS2固体添加剂对润滑剂的油膜厚度、温度和压力分布影响。本文的目的是研究在添加PTFE和MOS2的#30SAE机油中,在不同条件和影响因素下的压力、温度和膜厚分布。这些因素包括两表面的相对速度、润滑剂的粘度、油膜的温度和载荷等。研究过程包括:首先,在室温(≈21oC)下,运用光干涉法获取不同速度和载荷下的干涉条纹图像,通过计算图像处理得到膜厚,同时与Hamrock和Dawson的数值解的结果作对比。接着,采用数值计算方法,利用基于Fortran语言编写的热弹流润滑程序,研究了润滑膜的厚度、压力和温度分布。最后,运用基于Reynolds流体理论的微极流体理论,研究固体添加剂对油膜厚度和压力分布的影响。实验和计算获得的结果表明,在点接触下,#30SAE机油和含有添加剂的机油对载荷的依赖性很弱。可以预想的结果是,当滚动速度增大时,在含有添加剂的机油中,油膜厚度和粘度的减小比例是很小的。从计算的膜厚与滚动速度的关系来看,牛顿流体和非牛顿流体存在着明显的不同。而在实验中,非牛顿效应并没有明显出现,主要是因为滚动速度和载荷较低。本研究的后续工作将主要研究在高速和重载条件下,同时提高PTFE和MoS2添加剂的比例,测量相应条件下的弹流润滑膜厚。同时,将研究这些润滑剂的流变性。这些工作可以研究润滑剂的参数变化对润滑性能的影响,并通过适当的分析可以进一步获得可信的结论。
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