凸度滚子的稳态热弹流设计和动态等温特性研究

发布时间：2020-04-13 05:50

【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。
【图文】：

(a) 边缘效应 (b) 凸度量图 1.1 接触副在静弹性接触下可能出现的边缘效应及滚子的凸度触摩擦副在工程实践中广泛存在，例如滚子类轴承中的滚动体和滚的渐开线齿轮的轮齿之间，盘状凸轮与从动件滚子之间，摩擦式无擦滚子之间。与点接触副相比线接触副可承受更重的载荷，因此在到普遍应用[25]。性力学[26]指出：不修型的直母线滚子与滚道在静弹性接触时，滚子出现如图 1.1(a) 所示的奇异分布，称为“边缘效应”，将加速疲劳这已被工程实践所证实。为避免这种情况的发生，需要对接触副母形，通过凸度设计，，来减少和消除接触副边缘的压力奇异分布，改以延长接触副的寿命。设计[27~30]属于精细几何设计，以微米计量，包括凸型和凸度量两方型指接触副母线轮廓的几何形状，如对数轮廓，相交圆弧修形轮廓

10.1 有限长线接触摩擦副(以相交圆弧修形滚子为例擦副由滚子 a 与半无限平面 b 组成。滚子绕轴向单板 b 以速度 ub平动。设两固体的速度方向相同且半径记为 Rx，全长为 L。分别沿滚动速度方向，，z 坐标。z 方向坐标位于两固体内的部分分别记为分仍记为 z。图中的滚子在距滚子端部 0.5l 处使用。不失一般性，下文的数学模型不限定滚子的凸型
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH117

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本文编号：2625665