基于分形理论部分膜点接触微观弹流数值分析

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随着机床高精密化与微小型化的不断发展,机床导轨结合面的动态特性机的影响也在不断加深,因此在微观尺度下对机床导轨结合面动态特性的研具有重要的理论意义和工程实用价值。静态特性是动态特性的研究基础,主要从粗糙表面间的接触问题入手,宏观方面的研究较多,而在微观尺度下的研究却鲜有文献报道。而分形理论拟的粗糙表面可以不受尺度的限制,但据此建立的接触模型都没有考虑结台润滑。在润滑领域,粗糙面间的弹流润滑问题所涉及的参数都是宏观量,对糙表面的描述仅限于将表面粗糙度假定呈正弦或余弦分布,未引入与材料表貌相关的粗糙度等微观参数。基于上述情况,本文通过运用W-M分形函数模拟表面粗糙度,找到分死与传统粗糙度之间的关系,结合Patir N和Cheng H.S推导的三维粗糙面间的Reynolds方程,根据接触区内流量连续条件,建立部分膜润滑状态下的分形触微观弹流润滑方程组,以此客观的反映分形粗糙表面的润滑规律,并且翅完善结合面的分形接触模型,将结合面的润滑问题考虑在内。因为弹流润滑组是较难求解的偏微分方程,以及考虑到直接迭代求解的难度,因此参考前选用的固定参数,运用Fortran语言编程,采用多重网格方法计算压力分布,网格积分法计算油膜厚度,经数值运算得到了完全数值解。此外,通过改变度、粘度、速度参数以及载荷参数的大小进行多组数值计算,运用Origin软示和分析数值计算结果,讨论其对部分膜点接触微观弹流润滑的影响。总结分析结果,可得到如下结论:(1)当考虑表面粗糙度后,其压力分布与传统Hertz压力分布有着明显异。随粗糙度均方根值的增大,平均膜厚减小,而油膜压力增加。(2)增大润滑剂原始粘度,会使平均膜厚增加,油膜压力减小。此外度的改变会使膜厚和压力分布产生明显波动。粘度越小,压力波动越明显,波动越不明显。(3)增大速度参数,会使平均膜厚增加,颈缩现象明显;压力减小,出口处的压力峰向入口区移动,且其值也随之增大。此外,无量纲速度的变化同样会使膜厚和压力产生波动,与粘度的影响类似。(4)保持其他参数不变,增大载荷参数,平均膜厚减小,而油膜压力增大,位于出口处的压力峰向出口区移动,且其值随之减小。此外,载荷的变化同样会使膜厚和压力产生波动,却与粘度和速度的影响相反。
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