表面微织构对滑动轴承润滑特性影响的理论分析及实验研究
发布时间：2021-10-23 00:47
随着机械设备越来越趋于超高速、大功率、重载荷的方向发展,机械系统中摩擦副的摩擦学性能的提高显得尤为重要。随着机械加工技术的不断发展,起源于生物仿生学的表面微织构加工技术逐渐成为改善摩擦副工作性能的重要优化方式。摩擦副表面微织构对于摩擦副摩擦性能提高的主要作用机理表现为:流体润滑条件下,能有效产生流体动压润滑效应;混合摩擦条件下能作为储油槽,使润滑更加充分有效;在边界润滑和干摩擦条件下能有效储存磨损磨粒,减少二次磨损的产生。本文主要以滑动轴承为研究对象,通过微织构滑动轴承流体方程的建立分析微织构的动压效应,建立三维滑动轴承油膜的有限元模型分析不同工况参数和微织构几何参数的不同作用效果,并通过摩擦磨损实验分析了微织构在实际工况中对摩擦副表面的减磨作用规律。具有研究内容如下:首先,建立微织构无限宽滑动轴承的流体润滑方程,通过油膜压力以及承载力分布方程等分析研究了微织构深度、覆盖率等参数对轴承润滑特性的影响规律,从流体润滑理论方面说明了微织构的动压效应能有效提升轴承油膜润滑性能。其次,通过不同形状二维微织构有限元模型的建立分析研究了不同形状微织构的动压效果,结果显示微织构能有效提升油膜的承载性...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２流体挤压效应原理图??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ??
?分布曲线??Ｆ??图２．２流体挤压效应原理图??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ??２．１．２无限宽滑动轴承几何模型建立??对于滑动轴承油膜特性的数值计算，一般是通过对Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程求解，通??过对求解得到的压力分布进行数值积分计算得出轴承油膜的承载力、阻力、摩??擦系数、流量等参数值。对于滑动轴承流体简化后的二维雷诺方程一般采用有??限元法和差分法，而无限宽轴承理论和无限窄轴承理论可以将Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程简??化为一维，对于一维的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程可以求得其较为精确的解析解。结合本文??的具体模型并考虑到方便求解计算，本章内容主要采用简化后的无限宽轴承理??论模型，通过对Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程的求解来分析微织构滑动轴承的性能。??如图２．３所示为无限宽微织构滑动轴承模型二维平面示意图，为了清晰的说??明各参数意义，轴承示意图中的油膜厚度和微织构尺寸进行了适当的放大，与??实际工况有一定差距。其中为滑动轴承计算的二维坐标系
微织构滑动轴承油膜特性计算模型??２．３微织构轴承特性方程??图２．４所示为微织构轴承的内表面展开示意图，图中横坐标方向为展开角度??，方向为以轴承表面为起点的油膜厚度方向，Ｆ为轴径的相对运动线速度，??／／为未织构区域的油膜厚度，／为织构区域的单元长度，／？为单元长度中未织构??部分宽度，４为单元长度中织构部分宽度，心为单个微织构的垂直深度。单元??长度为，ｒ?＝?＝?＾为单兀织构覆盖率，／？／?（／＝ｉ，２，．．．．？＋／）为织??构计算时的周向坐标标记位置，《为微织构数量。??／?????￣￣??Ｖ??＾?Ｔ???＾?１?＾２?＾３?＾４?＾５???衫?２ｎ－ｌ卩?２ｎ?６?２ｎ＋ｌ??图２．４微织构内表面油膜展开计算示意图??Ｆｉｇ．２．４?Ｍａｐｐｉｎｇ?ｏｆ?ｏｉｌ?ｆｉｌｍ?ｏｎ?ｉｎｎｅｒ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏ?ｔｅｘｔｕｒｅ??织构后的油膜厚度表达式：??（ｉ?＆?、??／７?＝?１?＋?ｆ?ｃｏｓ＝?１?＋?￡?ｃｏｓ?—?（２?—?２２）??Ｒ?Ｒ??Ｈｉ?＝＼Ｈｕ?＋?ｋｄ?１?＝巧，．．．十?＋?１?（２－２３）??Ｕｉ?ｉ?＝?２，４，６，?．．．．，２ｎ??不同织构位置油膜厚度计算标记：??ｒＨ１?：?Ｐ〇?＜?ｐ?＜?ｐｌ??Ｈ２?：?Ｐｉ?＾?Ｐ?＜?Ｐ２??Ｈｉ?＝?……?（２－２４）??Ｈ２ｎ－１?？？?ｐ２ｎ－２?Ｓ?Ｐ?＜?ｐ２ｎ－ｌ??、Ｈ２ｎ?？？?Ｐ２ｎ－１?Ｓ?Ｐ?＜?Ｐ２ｎ??积分长度表达式：??（０?ｉ?＝?１??ｄｔ?＝?＼Ｔｘｌ?ｉ?二?３
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面织构在脂润滑条件下的摩擦性能研究[J]. 王匀,曾亚维,陈立宇,杨夏明,陈哲. 润滑与密封. 2017(04)
[2]滑动摩擦结合面磨合磨损表征方法与影响因素[J]. 李万钟,徐颖强,孙戬,刘楷安,曾天微. 中国表面工程. 2017(01)
[3]磁悬浮轴承研究现状及其发展[J]. 张维煜,朱熀秋,鞠金涛,陈涛. 轴承. 2016(12)
[4]计入浮环传热的增压器浮环轴承润滑分析[J]. 李佳琪,倪计民,石秀勇,徐晓川. 同济大学学报(自然科学版). 2016(11)
[5]润滑油中不凝结气体对滑动轴承间隙流场特性影响研究[J]. 郭瑞,赵国瑶,王志芳,傅行军,杨建刚,朱晓东. 机械工程学报. 2016(12)
[6]织构化表面空化效应影响润滑性能的CFD分析[J]. 禄晓敏,王权岱,肖继明,杨振朝. 润滑与密封. 2016(05)
[7]表面织构化径向轴承的弹流润滑研究[J]. 于如飞,陈渭. 西华大学学报(自然科学版). 2016(03)
[8]表面织构-离子氮化复合处理改善316不锈钢的摩擦学性能[J]. 林乃明,谢瑞珍,郭俊文,邹娇娟,王志华,唐宾. 中国表面工程. 2016(02)
[9]进油温度和轴颈转速对径向滑动轴承特性参数的影响[J]. 吴超,尹雪梅,周增增. 机床与液压. 2016(05)
[10]表面织构对水润滑径向滑动轴承湍流特性的影响[J]. 彭龙龙,汪久根,彭娟娟,洪玉芳. 润滑与密封. 2016(02)
博士论文
[1]宏微观表面纹理的润滑及摩擦性能研究[D]. 韩静.中国矿业大学 2013
[2]织构化表面的润滑计算模型及减摩特性研究[D]. 马晨波.中国矿业大学 2010
[3]螺旋油楔滑动轴承润滑机理的理论与实验研究[D]. 陈淑江.山东大学 2007
硕士论文
[1]小型风力发电机用永磁悬浮轴承的设计与应用[D]. 范凌鹤.河南科技大学 2017
[2]基于仿生原理的滑动轴承摩擦学性能研究[D]. 罗星.安徽工程大学 2016
[3]滑动轴承摩擦副微织构表面自润滑技术及性能研究[D]. 孙建国.江苏大学 2016
[4]径向滑动轴承层流与湍流润滑特性研究[D]. 彭龙龙.浙江大学 2016
[5]表面涂层技术应用于凸轮挺柱的试验研究[D]. 唐其超.北京理工大学 2016
[6]基于微细加工表面织构的滑动轴承润滑特性研究[D]. 冀承成.哈尔滨工业大学 2015
[7]表面织构及气油两相流对滑动轴承性能的影响研究[D]. 杨华蕊.北京理工大学 2014
[8]织构化表面的润滑特性及推力轴承应用研究[D]. 朱敏.武汉理工大学 2013
[9]滑动表面微结构仿真设计及试验研究[D]. 徐鹏飞.南京航空航天大学 2013
[10]基于微造型的发动机滑动轴承摩擦学性能研究[D]. 秦洁.重庆大学 2012
本文编号：3452140
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２流体挤压效应原理图??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ??
?分布曲线??Ｆ??图２．２流体挤压效应原理图??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｅｆｆｅｃｔ??２．１．２无限宽滑动轴承几何模型建立??对于滑动轴承油膜特性的数值计算，一般是通过对Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程求解，通??过对求解得到的压力分布进行数值积分计算得出轴承油膜的承载力、阻力、摩??擦系数、流量等参数值。对于滑动轴承流体简化后的二维雷诺方程一般采用有??限元法和差分法，而无限宽轴承理论和无限窄轴承理论可以将Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程简??化为一维，对于一维的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程可以求得其较为精确的解析解。结合本文??的具体模型并考虑到方便求解计算，本章内容主要采用简化后的无限宽轴承理??论模型，通过对Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程的求解来分析微织构滑动轴承的性能。??如图２．３所示为无限宽微织构滑动轴承模型二维平面示意图，为了清晰的说??明各参数意义，轴承示意图中的油膜厚度和微织构尺寸进行了适当的放大，与??实际工况有一定差距。其中为滑动轴承计算的二维坐标系
微织构滑动轴承油膜特性计算模型??２．３微织构轴承特性方程??图２．４所示为微织构轴承的内表面展开示意图，图中横坐标方向为展开角度??，方向为以轴承表面为起点的油膜厚度方向，Ｆ为轴径的相对运动线速度，??／／为未织构区域的油膜厚度，／为织构区域的单元长度，／？为单元长度中未织构??部分宽度，４为单元长度中织构部分宽度，心为单个微织构的垂直深度。单元??长度为，ｒ?＝?＝?＾为单兀织构覆盖率，／？／?（／＝ｉ，２，．．．．？＋／）为织??构计算时的周向坐标标记位置，《为微织构数量。??／?????￣￣??Ｖ??＾?Ｔ???＾?１?＾２?＾３?＾４?＾５???衫?２ｎ－ｌ卩?２ｎ?６?２ｎ＋ｌ??图２．４微织构内表面油膜展开计算示意图??Ｆｉｇ．２．４?Ｍａｐｐｉｎｇ?ｏｆ?ｏｉｌ?ｆｉｌｍ?ｏｎ?ｉｎｎｅｒ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏ?ｔｅｘｔｕｒｅ??织构后的油膜厚度表达式：??（ｉ?＆?、??／７?＝?１?＋?ｆ?ｃｏｓ＝?１?＋?￡?ｃｏｓ?—?（２?—?２２）??Ｒ?Ｒ??Ｈｉ?＝＼Ｈｕ?＋?ｋｄ?１?＝巧，．．．十?＋?１?（２－２３）??Ｕｉ?ｉ?＝?２，４，６，?．．．．，２ｎ??不同织构位置油膜厚度计算标记：??ｒＨ１?：?Ｐ〇?＜?ｐ?＜?ｐｌ??Ｈ２?：?Ｐｉ?＾?Ｐ?＜?Ｐ２??Ｈｉ?＝?……?（２－２４）??Ｈ２ｎ－１?？？?ｐ２ｎ－２?Ｓ?Ｐ?＜?ｐ２ｎ－ｌ??、Ｈ２ｎ?？？?Ｐ２ｎ－１?Ｓ?Ｐ?＜?Ｐ２ｎ??积分长度表达式：??（０?ｉ?＝?１??ｄｔ?＝?＼Ｔｘｌ?ｉ?二?３
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面织构在脂润滑条件下的摩擦性能研究[J]. 王匀,曾亚维,陈立宇,杨夏明,陈哲. 润滑与密封. 2017(04)
[2]滑动摩擦结合面磨合磨损表征方法与影响因素[J]. 李万钟,徐颖强,孙戬,刘楷安,曾天微. 中国表面工程. 2017(01)
[3]磁悬浮轴承研究现状及其发展[J]. 张维煜,朱熀秋,鞠金涛,陈涛. 轴承. 2016(12)
[4]计入浮环传热的增压器浮环轴承润滑分析[J]. 李佳琪,倪计民,石秀勇,徐晓川. 同济大学学报(自然科学版). 2016(11)
[5]润滑油中不凝结气体对滑动轴承间隙流场特性影响研究[J]. 郭瑞,赵国瑶,王志芳,傅行军,杨建刚,朱晓东. 机械工程学报. 2016(12)
[6]织构化表面空化效应影响润滑性能的CFD分析[J]. 禄晓敏,王权岱,肖继明,杨振朝. 润滑与密封. 2016(05)
[7]表面织构化径向轴承的弹流润滑研究[J]. 于如飞,陈渭. 西华大学学报(自然科学版). 2016(03)
[8]表面织构-离子氮化复合处理改善316不锈钢的摩擦学性能[J]. 林乃明,谢瑞珍,郭俊文,邹娇娟,王志华,唐宾. 中国表面工程. 2016(02)
[9]进油温度和轴颈转速对径向滑动轴承特性参数的影响[J]. 吴超,尹雪梅,周增增. 机床与液压. 2016(05)
[10]表面织构对水润滑径向滑动轴承湍流特性的影响[J]. 彭龙龙,汪久根,彭娟娟,洪玉芳. 润滑与密封. 2016(02)
博士论文
[1]宏微观表面纹理的润滑及摩擦性能研究[D]. 韩静.中国矿业大学 2013
[2]织构化表面的润滑计算模型及减摩特性研究[D]. 马晨波.中国矿业大学 2010
[3]螺旋油楔滑动轴承润滑机理的理论与实验研究[D]. 陈淑江.山东大学 2007
硕士论文
[1]小型风力发电机用永磁悬浮轴承的设计与应用[D]. 范凌鹤.河南科技大学 2017
[2]基于仿生原理的滑动轴承摩擦学性能研究[D]. 罗星.安徽工程大学 2016
[3]滑动轴承摩擦副微织构表面自润滑技术及性能研究[D]. 孙建国.江苏大学 2016
[4]径向滑动轴承层流与湍流润滑特性研究[D]. 彭龙龙.浙江大学 2016
[5]表面涂层技术应用于凸轮挺柱的试验研究[D]. 唐其超.北京理工大学 2016
[6]基于微细加工表面织构的滑动轴承润滑特性研究[D]. 冀承成.哈尔滨工业大学 2015
[7]表面织构及气油两相流对滑动轴承性能的影响研究[D]. 杨华蕊.北京理工大学 2014
[8]织构化表面的润滑特性及推力轴承应用研究[D]. 朱敏.武汉理工大学 2013
[9]滑动表面微结构仿真设计及试验研究[D]. 徐鹏飞.南京航空航天大学 2013
[10]基于微造型的发动机滑动轴承摩擦学性能研究[D]. 秦洁.重庆大学 2012
本文编号：3452140
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3452140.html
