粗糙表面形貌参数对润滑特性的影响

论文摘要

机械零件的接触疲劳寿命与其所处的润滑状态戚息相关。现行的润滑设计是基于光滑表面接触进行的,而工程中绝对光滑的表面是不存在的,所有的机械零件表面均存在着粗糙峰谷。那么,粗糙表面的形貌参数对润滑特性如何影响?寻找这一问题的答案就构成了本文的研究内容。本文在考虑温度效应和滑流剂非牛顿特性的基础上,假定表面粗糙度呈余弦分布,采用直接迭代法对线接触热弹流润滑问题做了时变分析,探讨了粗糙度峰高、波长和相位等参数对润滑特性的影响。分析、总结本文计算结果,可以得出如下主要结论:（1）在小波长区,波长参数对于最小油膜厚值、最大压力峰值及油膜最大温升影响很大。压力分布和油膜形状出现明显波动。随着波长的增加,油膜颈缩的位置逐渐向出口方向移动,压力峰个数也随之减少。（2）在大波长区,随着波长的增大,油膜形状及其厚度逐渐接近于光滑表面接触时的稳态解。此时的最大压力峰和最大油膜温升也均随波长的增大而减小。（3）粗糙度峰高参数对压力分布和油膜厚度的影响最为明显。随着粗糙峰高的增大,压力峰的个数及其幅值均在增加,而最小油膜厚度的数值在减小。当粗糙峰高小于0.1时,平均油膜厚度随着峰高的增加而小幅上升。当粗糙峰高在0.1-0.2变化时,平均油膜厚度随着峰高的增加而减小。波长较小时,峰高的微小变化会引起油膜最大温升的急剧增大。而波长较大时,油膜的最大温升对峰高的变化并不敏感。（4）粗糙度函数初相位的变化对油膜形状、压力分布和温度分布也有显著影响。不同的相位会产生不同的余弦粗糙度函数的初值,这会直接影响粗糙度函数波峰和波谷的位置。在小波长区,相位的变化会引起最小油膜厚度、最大压力峰值和最大油膜温升的急剧变化。在大波长区,相位的变化对三者的影响较弱。（5）磨削加工的轮齿齿面形貌一般为横向粗糙条纹。本研究结果表明:在小波长区,横向条纹粗糙表面间形成的平均油膜厚度明显大于相应光滑表面的平均油膜厚度;而在大波长区其数值与光滑表面的相应结果相差无几。本文重点研究了粗糙表面形貌参数对滑特性的影响。由于粗糙度的引入会增大数值计算收敛的难度,所以粗糙度峰高的变化范围取值较小。此外,应用直接迭代法求解重载问题时收敛困难。解决上述问题将构成本文今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 粗糙度效应研究概述
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 非Newton流体时变热弹流理论
• 2.1 概述
• 2.1.1 干接触理论
• 2.1.2 弹流润滑的特点
• 2.1.3 压力分布及油膜厚度的计算
• 2.1.4 数学模型
• 2.2 考虑多种因素的弹流方程组
• 2.2.1 广义Reynolds方程
• 2.2.2 粘度方程
• 2.2.3 密度方程
• 2.2.4 弹性变形方程
• 2.2.5 膜厚方程
• 2.2.6 能量方程
• 2.2.7 载荷方程
• 2.2.8 油膜内剪应力方程
• 2.3 周期性条件
• 第三章 非Newton时变热弹流的数值计算
• 3.1 基本方程的量纲一化
• 3.1.1 广义Reynolds方程
• 3.1.2 粘度方程
• 3.1.3 密度方程
• 3.1.4 弹性变形方程
• 3.1.5 膜厚方程
• 3.1.6 能量方程
• 3.1.7 载荷方程
• 3.1.8 油膜内剪切应力方程
• 3.2 压力的数值计算
• 3.3 Reynolds的离散
• 3.4 变形矩阵
• 3.5 温度方程的计算
• 第四章 数值计算结果及其讨论
• 4.1 输入参数的确定
• 4.2 波长参数的影响
• 4.2.1 波长参数对膜厚的影响
• 4.2.2 波长参数对压力的影响
• 4.2.3 波长参数对温度的影响
• 4.3 峰高参数的影响
• 4.3.1 粗糙峰峰高参数对膜厚的影响
• 4.3.2 峰高参数对压力分布的影响
• 4.3.3 峰高参数对温度的影响
• 4.4 相位参数的影响
• 4.4.1 相位变化对膜厚的影响
• 4.4.2 相位变化对压力的影响
• 4.4.3 相位变化对温度的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文