考虑粗糙度和边界膜因素的滚子摩擦副成膜机理及轮廓优化设计研究

发布时间：2020-05-23 14:18

【摘要】：本论文针对滚子摩擦副,选择实际应用中常见的弹流润滑问题为切入点,研究考虑粗糙度因素的滚子摩擦副在不同润滑状态以及不同润滑介质下的摩擦学性能,以期建立提高滚子摩擦副产品使用寿命的设计方法。论文的主要工作是建立考虑表面粗糙度以及边界膜性质的滚子摩擦副弹流润滑模型,利用此模型对滚子摩擦副中常见的胶合失效、疲劳寿命以及轮廓设计等问题进行深入探讨;并对滚子摩擦副中普遍采用的脂润滑进行不同工况下成膜机理的初步研究。首先,高速重载时,滚子摩擦副通常选用油润滑,并且摩擦副大多处于混合润滑状态,此时为了较为准确地评估摩擦副的接触润滑性能,建立了滚子摩擦副的混合润滑模型,此模型耦合了粗糙峰的弹塑性变形以及边界膜的性质,通过该模型能够定性的给出运转条件的极限工况。工作主要包括三部分:第一,对所建立的滚子摩擦副混合润滑模型进行验证,并对工况条件、材料特性等进行参数化分析,研究表明增大表面粗糙度、提高表面硬度、增大滑滚比以及化学反应膜的摩擦系数,均会降低滚子摩擦副抗胶合能力,当采用高硬度材料时,需要考虑降低材料的摩擦系数来提高抗胶合能力;第二,将此混合润滑模型与滚子轴承的拟静力学模型以及疲劳寿命模型相耦合,分析了考虑润滑因素时套圈偏斜对滚子轴承疲劳寿命的影响,研究表明随着偏斜角的增加,滚子轴承的疲劳寿命急剧下降,通过凸度设计,可以改善偏斜角对疲劳寿命的影响;第三,针对滚子摩擦副工程应用中普遍存在的轮廓设计问题,通过大量数据模拟拟合了滚子摩擦副中心油膜厚度公式以及最优修形系数公式,提出了直接采用此公式进行滚子摩擦副轮廓设计的简化设计方法。其次,针对低中速工况下普遍使用的脂润滑,利用课题组开发的摆动式线接触光弹流试验机和旋转式多滚子线接触光弹流试验机,系统研究了润滑脂在低速富脂以及中速乏脂工况下的成膜特性。研究表明在低速工况下,润滑脂的皂化剂成分以及含量对滚子摩擦副成膜性能有显著影响,并且不同于点接触,因试验滚针中部与端部由于接触应力大小以及分布的差异,会造成接触中部堆积大量的皂化剂纤维,而对数轮廓修形滚针因增加了接触区域中部轴向的压力梯度,从而有效地减少了接触区域中部的皂化剂纤维堆积;而在中速时,随着运转速度的增加、基础油粘度的提高以及补油时间的减小,滚子摩擦副的乏油现象加剧,并且由于滚针接触具有大长径比的特点,润滑脂被排开后不能及时回流到接触区域中部,导致中部油膜厚度低于端部油膜厚度,因此出现了中部乏油、端部富油的情况。本文研究结果为滚子摩擦副产品的摩擦学性能评估提供了新的理论分析模型和简化的滚子轮廓优化设计方法,有助于从提高滚子摩擦副产品的寿命和可靠性角度进行滚子摩擦副产品的几何尺寸设计以及润滑剂选择。
【图文】：

表面形貌,有限长线接触,弹流理论,领域

有限长线接触弹流理论的发展已成为提高滚子摩擦副产品性能不可或缺的逡逑一部分，受到了越来越多的关注。目前，有限长线接触弹流理论的研宄己经从考逡逑虑简单单一因素发展到考虑多因素的耦合作用，以及更注重于工程应用。图１．１逡逑给出了近年来有限长线接触副弹流理论主要研宄方向，包括考虑表面形貌的影逡逑Ｉ逡逑

静弹性,线接触,边缘效应,润滑脂

图１．４常见的滚子修形方式逡逑子摩擦副脂润滑研究意义逡逑脂具有易存储的特点，是目前使用最为广泛的润滑材料之一。的滚动轴承使用脂润滑。润滑脂由于独特的流变性能，使得油不相似，其主要取决于皂化剂的成分、基础油的粘度、润d0工况条件等。通常，，润滑脂在实际使用过程中，可以分为两溢出阶段，如图１．５所示。匀脂阶段是指新添加的润滑脂在运布，表现为宏观的脂的流动。一段时间后大部分润滑脂被推至４逡逑
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH117

【参考文献】