论文题目: 凸度滚子的稳态热弹流设计和动态等温特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 孙浩洋
导师: 陈晓阳,王文
关键词: 摩擦学,弹流润滑,有限长线接触,凸度设计,摆动,动态特性
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 工程中应用十分广泛的滚子类摩擦副通常在润滑条件下工作,其压力分布、膜厚膜形及温度分布对机器零部件的性能和寿命有很大影响,需进行凸度设计以改善此类摩擦副的承载能力和润滑状况。本文以滚子类摩擦副为应用对象,研究了有限长线接触弹性流体动力润滑问题,探讨了凸度滚子的稳态热弹流设计和动态等温特性,考察了润滑剂、载荷、速度等工况参数和凸度修形参数对压力分布、膜厚膜形、温度分布的影响,讨论了加减速、起停、急停以及摆动等特殊变速运动下的压力分布和成膜特性。完成的主要工作如下:一.基于多重网格技术,通过引入附加项强制构造温度分析矩阵主对角优势,限制压力温度的合理范围以及对于苛刻工况由工况参数接近的相对温和工况的计算结果提供良好初值等数值技巧,构建了适用于有限长线接触热弹流分析的高效稳定的计算方法,可在接触长宽比达到100,接触压力达到2.0 GPa的苛刻工况下得到收敛解。以此为工具,系统完整的定量模拟了Wymer等在此领域完成的经典光干涉试验,分析结果与试验结果吻合很好,从而验证了分析程序的正确性。二.系统深入分析了工程中常用的相交圆弧修形滚子的重载稳态热弹流特性,包括此种滚子的两个修形参数:修形长度和修形半径的影响;速度、载荷和滑滚比等工况参数的影响;Eyring非牛顿效应的影响;并探讨了弹流温度场与压力场分布规律的相似性以说明凸度设计对弹流温度分布的影响。研究表明:只要修形参数合适,相交圆弧修形滚子将分别在修形起始位置以及靠近轴向出口位置出现两次轴向颈缩,轴向颈缩与径向颈缩共同阻碍了润滑油流出接触区从而增加膜厚,即“封油效应”。合理修形的此类滚子可对工况有较好的自适应性,从成膜的角度讲,润滑失效与“封油效应”的无法建立是对应的;端部的压力集中程度主要由修形半径和载荷决定。使用Eyring非牛顿流体有利于改善此类接触副的承载能力和润滑状况,但Eyring非牛顿效应对这种滚子的凸度设计没有明显影响。压缩功是导致弹流温度梯度与压力梯度相似性的主要原因。凸度设计在改善压力分布的同时也将改善温度分布,进而改善由热效应导致的各种疲劳现象。
论文目录:
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内封
摘要
Abstract
主要符号表
第一章 绪论
1.1 选题目的和意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 线接触副的边缘效应及凸度设计
1.1.3 摆动问题：十字万向节中的滚针轴承
1.2 有限长线接触弹流研究的回顾和现状
1.2.1 试验技术
1.2.2 理论分析
1.3 本文主要工作
第二章 稳态问题的算法及验证
2.1 数学模型
2.1.1 控制方程
2.1.2 无量纲化
2.2 求解技术
2.3 算法的验证
2.4 本章结论
第三章 相交圆弧修形滚子的弹流特性
3.1 牛顿流体的分析
3.1.1 修形对边缘效应的减弱作用
3.1.2 修形参数对润滑性能的影响
3.1.3 修形参数对工况的自适应性
3.1.4 修形滚子的封油效应
3.2 Eyring 非牛顿效应的影响
3.2.1 Eyring 流体的等效粘度及输入参数
3.2.2 修形量对润滑性能的影响
3.2.3 特征剪应力的影响
3.3 弹流入口温升的分析
3.3.1 输入参数及求解方法
3.3.2 结果和分析
3.4 本章结论
第四章 对数滚子的弹流特性及凸度设计
4.1 Lundberg 对数轮廓的弹流解
4.2 Lundberg 对数轮廓的修正
4.3 凸度量设计准则的定义
4.4 载荷对凸度量的影响
4.5 速度对凸度量的影响
4.6 润滑油粘度对凸度量的影响
4.7 润滑油粘压系数对凸度量的影响
4.8 滚子表面划痕现象
4.9 本章结论
第五章 动态问题的研究
5.1 动态等温问题的求解
5.1.1 数学模型
5.1.2 无量纲化
5.1.3 求解技术及Reynolds 方程的离散
5.2 任意摆动过程的求解方法
5.2.1 任意摆动过程的模型
5.2.2 润滑入口位置和出口位置变换的解决方法
5.2.3 旋转方向变换瞬时的处理技术
5.2.4 网格的借用：镜象和延拓
5.3 算法的验证
5.3.1 加减速运动
5.3.2 起停运动
5.3.3 急停运动
5.3.4 摆动运动
5.4 正弦摆速运动的研究
5.4.1 速度变化函数及输入参数
5.4.2 压力和膜厚在摆动过程中的变化规律
5.4.3 摆动频率的影响
5.4.4 凸型与凸度量的影响
5.4.5 凸型与凸度量的影响
5.5 本章结论
第六章 滚针摆动疲劳寿命试验
6.1 试验装置
6.2 试验过程
6.2.1 滚针试样的几何廓线
6.2.2 润滑脂参数
6.2.3 工件安装
6.2.4 试验工况及结果
6.3 本章结论
第七章 结论和展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间的研究成果及所获奖励
致谢
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发布时间: 2006-12-12
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