減少運動副間的摩擦損失是提高機械零件效率、減小能量損耗的主要途徑。摩擦副間潤滑油品的摩擦特性研究至今仍然是工業(yè)界和學術(shù)界關(guān)注的熱點。潤滑油品在高應(yīng)力、高剪切率、高溫等條件下,其粘度和狀態(tài)發(fā)生的變化均會影響油品宏觀的摩擦特性。因此,油品在某工況下的流變特性研究是上述熱點問題中的難點。本學位論文以此為出發(fā)點,從理論和實驗兩個方面探究準確預(yù)測各類油品流變特性的模型和方法。本文首先從幾十年來在流變研究中廣泛使用的一個假設(shè),即剪應(yīng)變率近似等于兩表面的速度差與油膜厚度的比值入手,分析了不同尺度的彈流潤滑副內(nèi)的非牛頓流體熱流變潤滑特性。通過分析接觸區(qū)內(nèi)油品溫度和廣義粘度的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了一個以前未報道的、完全違背預(yù)期的事實,進而引出剪應(yīng)變率對廣義粘度的影響。結(jié)果顯示,在尺度較大或其它溫度梯度較大的場合,上述關(guān)于剪應(yīng)變率的假設(shè)并不成立。特別地,對于粘度較高的聚合油,即便在接觸副尺度較小時,該假設(shè)也會誤導油品的流變研究,干擾我們對油品流變特性的認識。接下來,關(guān)注到最近國際上關(guān)于哪個流變模型更好的爭論,開展了適用于多類流體的流變模型研究。用球-桿間相互接觸、通過和恢復(fù)的過程模擬剪切流動時流體分子間的作用,依據(jù)球-桿恢復(fù)到未受剪狀態(tài)的時間,建立了全新的半解析流變模型。通過與著名的Eyring和Carreau-Yasuda模型的比較,指出這三個流變模型的表達式具有一致性,但新模型的流變參數(shù)的個數(shù)更為理想。進一步,使用新流變公式建立了點接觸熱流變彈流潤滑的數(shù)學模型,模擬了生物油squalane、聚合油PAO 650和礦物油Shell Turbo 33等三種不同類型、不同粘度油品的流變曲線。結(jié)果顯示,三種油品使用新模型得到的摩擦系數(shù)隨滑滾比變化的曲線與實驗曲線均吻合得較好,表明本文提出的新流變模型是正確的,且其應(yīng)用不受油品類型和粘度范圍的限制。為了進一步驗證新流變模型的正確性和其廣泛的適用性,本文將新模型分別應(yīng)用于反向滑動的點接觸副和同向滑動的圓錐滾子接觸副的熱流變彈流潤滑理論分析。數(shù)值仿真結(jié)果表明,新模型預(yù)言的高粘度聚合油鋼對玻璃反向滑動的彈流潤滑副內(nèi)有典型的、由熱粘度楔導致的表面凹陷;且隨著鋼球反向速度的增加,表面凹陷的尺度逐漸增大,熱彈流油膜的第二壓力峰逐漸左移,并最終占據(jù)壓力主峰的位置。通過對接觸區(qū)內(nèi)油品受到的剪稀、熱稀和熱粘度楔效應(yīng)的綜合分析,解釋了這些潤滑行為的合理性和正確性。進一步,對三種油品開展了鋼對玻璃反向滑動的大量實驗研究,從多個角度定性地比較了實驗和理論結(jié)果的一致性,驗證了反向滑動工況下,新流變模型的正確性和實驗數(shù)據(jù)的可靠性。另外,使用新流變模型分析了考慮力矩平衡的修形圓錐滾子間彈流油膜的熱流變潤滑行為,指出當載荷偏置時,滾子會發(fā)生偏斜,導致滾子端部效應(yīng)增強;而增加修形滾子的凸度能減弱滾子的端部效應(yīng)。因此,為了防止零件局部潤滑失效而發(fā)生偏磨,滾動軸承中滾子母線的適當修形和齒輪裝置中齒面的修形對其潤滑狀態(tài)都是有益的。最后,自行設(shè)計制造了球-盤接觸任意滑滾比下的膜厚和摩擦力測量裝置,實現(xiàn)了潤滑油品在點接觸多種工況下油膜膜厚和摩擦力的同步測量。使用該裝置分析了標準參考油的摩擦特性,研究了三種不同長度的鏈狀結(jié)構(gòu)PAO油品的流變特性,以及同一等級不同分子結(jié)構(gòu)的四種油品的摩擦特性。結(jié)果顯示,合成油的摩擦系數(shù)整體上低于礦物油,且油品的摩擦特性與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
【學位單位】：青島理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH117.2
【部分圖文】：

圖3-1分子間作用示意圖

青 島 理 工 大 學 工 學 博 士 學 位 論 文結(jié)果，得到了可以合理重現(xiàn)全部實驗結(jié)= 3 GPa，A = 72。本節(jié)的全部結(jié)果均使 (u1+ u2)/2 = 1 m/s，最大 Hertz 接觸壓力 時，得到了如圖 3-2 所示的數(shù)值解。圖 h 和油膜中層溫度 Tml的分布曲面，它們、出口頸縮等。圖 3-3 則給出了 ue= 1 m膜厚度 hcen和最高油膜溫度 Tmax隨滑滾。

iations in , hcenand Tmaxversus predicted by the soludynamic lubrication of a point contact for pH= 0.8 GPa a觸熱流變彈流潤滑數(shù)值解得到的 、hcen和 Tmax隨 (pH= 0.8 GPa, ue= 1 m/s at T0= 25 C)結(jié)果比較工大學(Brno University of Technology)的摩擦彈流摩擦系數(shù)實驗測量方面豐富的經(jīng)驗。本臺微牽引力測定儀而得到。通過對儀器的調(diào) 壓力、卷吸速度和滑滾比條件下摩擦系數(shù)的測-5 分別是不同 Hertz 壓力和卷吸速度下，摩擦為布爾諾理工大學測得的實驗曲線，實線為

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 溫詩鑄;;潤滑理論研究的進展與思考[J];摩擦學學報;2007年06期

2 楊萍;楊沛然;;斜齒圓柱齒輪的熱彈流潤滑理論[J];機械工程學報;2006年10期

3 黎智恒,任s

本文編號：2827641