考虑表面粗糙度的非牛顿点接触混合润滑研究

摘要

本文的主要研究内容包括四部分:表面磨损对非牛顿流体热弹流润滑性能的影响;点接触混合润滑压力求解的单层网格迭代方法;非牛顿流体的稳态和时变混合润滑问题研究;点接触混合润滑摩擦系数的测量。
　　首先，建立了考虑磨损带的点接触非牛顿热弹流润滑的数学模型，研究了磨损半宽对油膜压力、厚度及温度的影响，讨论了不同工况对最小膜厚随磨损半宽的影响，并与牛顿流体结果进行了比较。结果表明，随着磨损半宽的增大，中心膜厚增大;当磨损带边缘距同工况下光滑解的最小膜厚位置较远时，最小膜厚的值几乎不变，反之最小膜厚减小;不同工况对最小膜厚的稳定范围有一定影响;与牛顿流体相比，非牛顿流体的油膜温度和摩擦系数明显减小。
　　其次，建立了等温稳态牛顿流体的混合润滑模型，研究了压力求解的单层网格迭代方法，并与多重网格法的结果进行了比较;给出了单一Gauss-Seidel迭代和Jacobi迭代的计算结果，并讨论了润滑剂环境粘度对混合润滑的影响。结果表明，与多重网格法相比，该算法可行;单一Gauss-Seidel迭代和Jacobi迭代盼计算结果差别不大，因此，可采用单一Gauss-Seidel迭代方式;润滑剂的粘度越低，接触区越易处于混合润滑状态。
　　再次，建立了稳态和时变条件下非牛顿流体的点接触混合润滑模型，分别计算了理想光滑表面和正弦粗糙表面在不同卷吸速度下的完全数值解，研究了含有加速、匀速和减速三个阶段的变速过程中油膜压力和厚度的分布。结果表明，随着卷吸速度的降低，理想光滑表面和正弦粗糙表面的膜厚逐渐减小，边界润滑区域由接触区两侧光滑连续地由小变大。加速过程中，膜厚从入口处开始增大，连续地向出口方向发展;由于挤压效应，粗糙表面的膜厚整体大于光滑表面的膜厚;减速过程中，膜厚整体减小，入口处膜厚减小速率较快，有明显的第二压力峰和出口颈缩现象。
　　最后，应用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机，试验研究了不同速度、载荷、表面粗糙度及粘度对摩擦系数的影响。结果表明:一定工况下，载荷越大，由混合润换状态转化为流体润滑状态需要的时间越长;表面粗糙度越大，摩擦系数随速度变化越慢;润滑油粘度越大，摩擦系数随速度降低的变化越快。

目录

声明

摘要

主要物理量名称和符号

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 现代弹流理论的研究现状

1．3 本文的研究背景

1．3．1 微观弹流润滑研究

1．3．2 等温混合润滑研究

1．3．3 变速过程的混合润滑

1．3．4 润滑状态下的摩擦系数研究

1．4 本文的主要研究内容及意义

第2章 表面磨损对非牛顿弹流润滑性能的影响

2．1 数学模型

2．1．1 广义Reynolds方程

2．1．2 膜厚方程

2．1．3 温度控制方程

2．1．4 粘度方程

2．1．5 密度方程

2．1．6 载荷平衡方程

2．1．7 与非牛顿流体有关的表达式

2．2 有关方程的边界条件

2．3 数值方法

2．4 结果分析

2．4．1 磨损的影响

2．4．2 无量纲磨损半宽L的影响

2．4．3 不同工况对最小膜厚的影响

2．4．4 与牛顿流体热弹流解的比较

2．5 本章小结

第3章 等温点接触混合润滑的压力求解

3．1 数学模型

3．1．1 混合润滑统一Reynolds方程

3．1．2 混合润滑膜厚方程

3．1．3 粘度方程

3．1．4 密度方程

3．1．5 载荷平衡方程

3．2 方程的无量纲化

3．3 基本方程的离散

3．3．1 无量纲Reynolds方程的离散

3．3．2 无量纲膜厚方程的离散

3．3．3 无量纲载荷平衡方程的离散

3．3．4 无量纲粘度方程的离散

3．3．5 无量纲密度方程的离散

3．4 压力的松弛迭代

3．5 数值方法

3．6 结果讨论

3．6．1 单层网格迭代的数值结果

3．6．2 与多重网格迭代法的比较

3．6．3 与Jacobi迭代法的比较

3．6．4 算例

3．7 本章小结

第4章 非牛顿等温点接触混合润滑的研究

4．1 数学模型

4．1．1 统一Reynolds方程

4．1．2 卷吸速度方程

4．1．3 膜厚方程

4．1．4 粘度方程

4．1．5 载荷方程

4．2 方程的无量纲化

4．2．1 无量纲Reynolds方程

4．2．2 无量纲膜厚方程

4．2．3 无量纲粘度方程

4．3 数值分析

4．4 结果与讨论

4．4．1 稳态解

4．4．2 瞬态解

4．5 本章小结

第5章 摩擦副润滑状态的Stribeck曲线研究

5．1 试验装置

5．1．1 试验机硬件简介

5．1．2 试验机软件简介

5．2 试验准备

5．2．1 试验材料

5．2．2 试验条件

5．2．3 试验步骤

5．3 试验结果与分析

5．3．1 速度的影响

5．3．2 表面粗糙度的影响

5．3．3 载荷的影响

5．3．4 润滑油粘度的影响

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间的学术成果

致谢