基于Carreau流变模型的旋滑热弹流润滑分析

摘要

基于Carreau流变模型对旋滑条件下的热弹流润滑问题进行分析，主要内容可分为四部分：Carreau流变模型与Eyring流变模型的热弹流润滑分析；旋滑条件下非牛顿热弹流润滑分析；基于旋滑热弹流润滑的内圈挡边与圆锥滚子大端面的优化设计；不同供油条件下旋滑弹流润滑性能的试验研究。 首先，建立了基于Carreau流变模型的点接触热弹流润滑模型，分析了流变参数对剪切稀化效应的影响，比较了Carreau与Eyring两种流变模型在不同卷吸速度、载荷及滑滚比下的润滑性能差异，结果表明，Carreau流变模型的剪切稀化效应更强；两种流变模型在采用高粘度聚合油时得到的数值解存在较大差异，尤其在高速、重载及大滑滚比工况下。 其次，建立了旋滑条件下非牛顿点接触热弹流润滑模型，求解了旋滑热弹流的温度场，比较了等温及热条件下弹流润滑特性的差异，并分析了角速度、载荷、椭圆比、自旋因数对旋滑弹流数值解的影响。研究发现，旋滑条件下热效应的影响不可忽略，它引起了更小的油膜厚度；角速度、载荷、椭圆比及自旋因数的增加均导致油膜分布不对称性增强；角速度的增大使得运动固体表面温度呈先增后减趋势；椭圆比只在特定范围内对弹流润滑数值解产生影响。 再次，基于圆锥滚子轴承中内圈挡边与滚子大端的结构分析，建立了挡边与滚子大端间的非牛顿旋滑热弹流润滑模型。比较了不同工况下，两种挡边结构得到的摩擦系数、膜厚及接触区温度随滚子大端曲率半径与挡边曲率半径比值的变化。结果表明，自旋运动对接触区膜厚及压力的影响较小；两种挡边结构都存在不同的最优曲率半径比值使得接触区润滑效果最佳。 最后，在自旋光干涉弹流试验台上，研究了不同供油条件下旋滑弹流油膜形状及厚度的变化趋势。结果表明，充分供油条件下，速度、载荷、自旋因数及油品粘度的增加都会导致自旋效应增强。乏油润滑条件下，较小的供油量仍能维持较好的润滑效果；油品粘度越大越易出现乏油现象；受自旋运动的影响，不同的供油位置会出现不同的乏油区域。在选择供油位置时，应尽量保证高速侧得到充分供油。总体而言，自旋运动可抑制旋滑弹流润滑问题中的乏油。

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