考虑颗粒行为的液—固二相流体润滑研究

发布时间：2020-11-19 01:55

　　 在实际的润滑状况下,由于摩擦副自身磨损和外部环境的影响,润滑油内部不可避免的会有固体颗粒进入,形成所谓的液-固二相流体润滑。固体颗粒与润滑油的作用、固体颗粒与摩擦副表面的作用等问题对润滑性能将产生重要的影响,因此,展开液-固二相润滑的研究具有十分重要的理论和实际意义。本文从理论利试验两方面对液-固二相流体润滑进行了研究。 结合了考虑流变特性的雷诺方程、液-固二相流体的粘度、密度及油膜极限剪应力等流变参数的变化方程,同时引入颗粒承载和微凸体承载并考虑表面粗糙度的影响,建立了相应的分析模型平和方法。通过研究表明:考虑表面粗糙度的液-固二相流体润滑的研究更加符合实际,微凸体的颗粒以及流体的承载与平均油膜厚度、颗粒浓度、颗粒直径、颗粒屈服应力利表面弹性模草等有很大的关系。 深入剑润滑微观尺度,针对多颗粒存在情况下的液-固二相流体润滑问题,引入颗粒的何置、大小、颗粒间拦巨离等参数,建立了润滑模型,并且运用有限元法进行求解,研究了颗粒分布对润滑油膜压力利承载的影响,研究发现颗粒的进入使得颗粒处的油膜压力有了明显的增加,颗粒分布对润滑油膜压力分布和油膜承载有明显的影响。 基于欧拉-拉格朗日模型,针对颗粒的动态行为及其对液-固二相流体润滑的影响问题进行了深入的分析,研究发现:颗粒在润滑区域存在三种运动形态,即从润滑区域山口处逃逸、住润滑区域入口处回旋、从润滑区域入口处逃离润滑区域,颗粒的初始位置对颗粒的运动状态有很大的影响,摩擦副的速度利流体的粘度对颗粒在润滑区域的运动也有一定影响。 在自行研制的端面摩擦磨损试验机上设计了相应的试验进行了试验研究。通过在润滑油中添加不同种类、大小利含量的颗粒分别进行试验,在线测量了润滑过程中摩擦系数和温度的变化情况。 综上,论文分别从颗粒的静态行为和动态行为对液-固二相流体润滑进行了理论分析,并设计相应的试验进行探讨,研究了颗粒行为对液-固二相流体润滑的影响,对促进液-固二相流体润滑理论的发展和完善将起到重要作用。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH117.2
【部分图文】：

比如:纳米级金刚石粉(UDP)、二硫化铝粉(MoSZ)、石墨等。由上述可知，润滑油中“杂质”的存在及其产生的影响是不争的事实，润滑油中由于固体颗粒的存在变成了液-固二相流体润滑剂，形成所谓的液一固二相流体润滑，如图1一1所示l2]。固体颗粒润滑油图1一1液一固二相流体润滑示意图研究液一固二相流体润滑的意义主要表现在以下方面:(a)为润滑系统的滤清设计提供理论指导，以发动机为例，其滤清系统的设计长期以来一直以经验为主，在现实中不一可能也不必要滤掉所有的固体颗粒，过细的滤清不仅大幅度增加成本及能耗，而且也不必要。(b)为

第一章考虑表面粗糙度的液一lrtl一相流体润滑分析均方根值和颗粒直径的综合作用，其中颗粒的重量浓度取为5佑，油膜厚度取为3.5林m。由图2一10可见，承载随颗粒直径的增加有相对较小的上升，这个上升一过程集中在最小膜厚等于粒径‘。最人膜厚等于粒径的平均油膜厚度值之间。颗粒直径小于最小膜厚及人于最人膜厚时，颗粒对承载的变化影响很小。粗糙度均方根值在小于l/4平均油膜厚度时，对承载的变化影响也很小。然后开始卜降，在!/2时，达到最小，这是由于此时微凸体接触导致温度上升，使摩擦特性恶化所致。之后的承载恢复快速匕升，是由于微凸体进一步增加接触所致，但这时的摩擦温度会非常高，磨损急剧上升，往往会造成摩擦副的火效，此时的承载上升已没有实际意义。实际}_程设计中，表而粗糙度的最仕值应取为承载即将开始卜降处，即约l/4平均油膜厚度，此时表面的承载特性最好，对制造}_艺的要求也相对较低。同时，粒径的最仕值应为!一2倍的平均油膜厚度。图2一11表达了摩擦温度随颗粒直径的变化较小，主要随粗糙度均方根值的升高而升高。

尸、侧绷\d.落喝粗糙度/仰浓度/%图2一12随粗糙度和颗粒浓度变化图2一13随粗糙度和颗粒浓度变化的承载特性的温度特性2.4.7表面弹性模量与颗粒剪切屈服应力本研究基于软质颗粒的理论，在颗粒受摩擦副挤压时，颗粒产生变形直至剪切破裂，摩擦副不会在与颗粒的接触中形成破坏。尸、侧明\d.堪汤kp，《N角1勺E/Pakp/(腼与E/Pa图2一14受弹性模量和屈服应力影响图2一巧受弹性模量和屈服应力影响的承载特性的温度特性当表面弹性模量与颗粒剪切屈服应力量值较小时，表面粗糙度和颗粒对承载和温度的影响较小。从 107N/mZ开始，颗粒剪切屈服应力的增加使承载能力有较大升高，同时温度的升高仍然在可接受的范围。颗粒剪切屈服应力大于3.14x10”后，颗粒压缩屈服应力成为影响颗粒承载的主要因素。屈服应力大会带来高承载能力。但此时较大的屈服应力会造成摩擦副表面的损伤，此时的高承载没有实际意义，也不符合软质颗粒的理论，不适用于本文模型。在实际润滑系统中，这种硬质颗粒也以减少和避免为应用原则。在10’ZPa处
【参考文献】

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本文编号：2889523