考虑轴承组件温度边界的动态油膜热弹流润滑分析

摘要

本文的研究基于滚动轴承展开，综合考虑弹流油膜的非牛顿效应、热效应和动态效应。主要包括四个部分：载荷冲击作用下球轴承的非牛顿热弹流润滑分析；法向振动作用下球轴承的非牛顿热弹流润滑分析；轴承组件温度边界条件对非牛顿动态油膜热弹流润滑的影响；速度冲击条件下弹流润滑的试验研究。
　　首先，以Ree-Eyring非牛顿流体为例，建立了考虑载荷冲击的球轴承热弹流润滑模型。研究了轴承内圈转速、初始载荷等参数对轴承内圈和滚动体接触点处弹流润滑性能的影响。结果表明，轴承内圈转速的增加对油膜的压力几无影响，较高的转速使油膜温度在接触区入口急剧升高，但并未出现“高速厚膜”的现象。
　　其次，建立了考虑法向振动的滚动轴承非牛顿热弹流润滑模型，数值模拟了轴承中滚动体法向简谐振动时的热弹流润滑问题，比较了牛顿流体与非牛顿流体的弹流特性差异，分析了法向振动振幅、初始载荷等因素对动态油膜润滑性能的影响。结果表明，在挤压过程中，振幅越大，其油膜中心压力、油膜中心温度、摩擦系数和载荷系数都较大，中心膜厚较小；分离过程中变化趋势相反。
　　再次，考虑轴承组件温度边界条件，基于滚动轴承的温度场建立了冲击、振动条件下的非牛顿热弹流润滑模型，分析了组件温度对润滑性能的影响；并综合考虑影响油膜温度的因素，对极端工况下球轴承动态油膜的热失效条件进行了分析。结果表明，滚动体温度越高，其膜厚越小；在极端工况下滚动轴承内圈温度达到边界膜脱附的第一临界温度，且轴承内圈与滚动体间处于混合润滑状态。
　　最后，利用光干涉弹流油膜试验台，研究了速度冲击条件下的弹流油膜变化，并比较了不同油品的油膜形状和厚度差异，在此基础上还分析了匀速时间对弹流油膜的影响。结果表明，在加速过程中，不同油品的膜厚均是首先从入口区开始增加，而接触区和出口区的膜厚响应较为缓慢。在加速阶段后期和匀速保持阶段，粘度较高的油品具有较大膜厚。在减速阶段，三种油品均是入口区膜厚首先开始减小，且粘度较大的PB680油品响应速度较慢。不同油品的膜厚在匀速保持阶段均表现为先增加后减小。

目录

声明

物理量名称及主要符号表

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 弹流润滑的研究进展

1.3 本文的研究背景

1.4 本文的研究内容及意义

第2章 冲击载荷作用下球轴承的热弹流润滑分析

2.1 轴承的几何分析

2.2 非牛顿的求解方法

2.3 基本方程

2.4 有关方程的边界条件

2.5 基本方程及其边界条件的无量纲化

2.6 数值计算方法

2.7 算例与结果

2.8 本章小结

第3章 法向振动下球轴承的热弹流润滑分析

3.1 滚动轴承的法向振动模型

3.2 数学模型

3.3 数值方法

3.4 算例与结果

3.5 本章小结

第4章 轴承组件温度边界条件对动态油膜热弹流润滑的影响

4.1 考虑轴承组件温度边界的模型

4.2 基本方程和边界条件

4.3 算例与结果

4.4 本章小结

第5章 速度冲击条件下弹流润滑的试验研究

5.1 试验装置

5.2 系统的标定

5.3 光干涉试验的材料和条件

5.4 接触角测量

5.5 光干涉试验结果分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

致谢