【摘要】：彈性流體動(dòng)壓潤滑出存在很多機(jī)械零部件中，例如滾動(dòng)軸承、齒輪和凸輪機(jī)構(gòu)等。彈流潤滑區(qū)域主要是由流體動(dòng)壓效應(yīng)、表面彈性變形和潤滑劑的粘壓效應(yīng)所耦合形成的一層連續(xù)的潤滑膜。該潤滑膜可以承載的壓力約為大氣壓的數(shù)百萬倍。膜厚是潤滑膜的一個(gè)重要特征：膜厚可以使兩接觸表面分離，這就避免表面過早磨損和接觸疲勞。多年來，研究學(xué)者關(guān)注焦點(diǎn)集中在提高潤滑膜的性能獲得較大膜厚、在不同的工況條件下預(yù)測彈流潤滑狀態(tài)和油膜厚度的測量方法等。 本文研究的潤滑劑是#30SAE機(jī)油和在#30SAE機(jī)油中摻雜不同的固體潤滑添加劑。采用的添加劑是聚四氟乙烯（PTFE）和二硫化鉬（MoS2）。#30SAE機(jī)油作為基體油，它的動(dòng)力粘度是在21oC時(shí)為0.205Pas。在21oC時(shí)，添加PTFE的#30SAE機(jī)油動(dòng)力粘度是0.255Pas，添加MoS2的#30SAE機(jī)油動(dòng)力粘度是0.251Pas。文中研究了這三種潤滑油的不同潤滑性能，主要集中在添加不同固體潤滑劑對(duì)彈流的影響。 對(duì)彈流潤滑而言，光干涉法是一種最有效和應(yīng)用最廣泛的測量潤滑膜厚度的方法。本文的研究就是運(yùn)用該方法來測量膜厚的。光干涉實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主要部分是一塊旋轉(zhuǎn)的平面玻璃盤（由可調(diào)速的電機(jī)帶動(dòng)）和直徑為25.4mm的鋼球（由小杯容器托住并施加載荷）。鋼球與玻璃盤間的載荷可以在1N到2.6N范圍內(nèi)變化。它們之間的接觸點(diǎn)位于盤面半徑約為60mm處。潤滑劑盛在小杯容器中，鋼球部分浸入潤滑劑，在運(yùn)動(dòng)過程中可實(shí)現(xiàn)完全彈流潤滑。接觸區(qū)用光學(xué)顯微鏡來觀察。利用波長為600nm的干涉光，可在接觸區(qū)域獲得清晰的干涉條紋。用轉(zhuǎn)速計(jì)記錄下玻璃盤的角速度，并采集干涉條紋的圖像，然后通過計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算，我們可以獲得潤滑膜厚。不同載荷和轉(zhuǎn)速下，潤滑膜的溫度可由非接觸式紅外測溫儀測得。所測量的溫度可以來分析潤滑膜的溫度效應(yīng)。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)是運(yùn)用微極流體理論來分析兩相非牛頓流體潤滑劑的性質(zhì)。本文給出了微極流體的流體動(dòng)壓潤滑控制方程，并考慮了潤滑劑的粘度和溫度效應(yīng)。本文基于彈流潤滑接觸區(qū)的狀態(tài)，重點(diǎn)研究了兩相潤滑流體的彈流潤滑溫度效應(yīng)。同時(shí)，本文給出了兩相固體潤滑劑的全數(shù)值分析方法，研究了PTFE和MOS2固體添加劑對(duì)潤滑劑的油膜厚度、溫度和壓力分布影響。 本文的目的是研究在添加PTFE和MOS2的#30SAE機(jī)油中，在不同條件和影響因素下的壓力、溫度和膜厚分布。這些因素包括兩表面的相對(duì)速度、潤滑劑的粘度、油膜的溫度和載荷等。研究過程包括：首先，在室溫（≈21oC）下，運(yùn)用光干涉法獲取不同速度和載荷下的干涉條紋圖像，通過計(jì)算圖像處理得到膜厚，同時(shí)與Hamrock和Dawson的數(shù)值解的結(jié)果作對(duì)比。接著，采用數(shù)值計(jì)算方法，利用基于Fortran語言編寫的熱彈流潤滑程序，研究了潤滑膜的厚度、壓力和溫度分布。最后，運(yùn)用基于Reynolds流體理論的微極流體理論，研究固體添加劑對(duì)油膜厚度和壓力分布的影響。 實(shí)驗(yàn)和計(jì)算獲得的結(jié)果表明，在點(diǎn)接觸下，#30SAE機(jī)油和含有添加劑的機(jī)油對(duì)載荷的依賴性很弱。可以預(yù)想的結(jié)果是，當(dāng)滾動(dòng)速度增大時(shí)，在含有添加劑的機(jī)油中，油膜厚度和粘度的減小比例是很小的。從計(jì)算的膜厚與滾動(dòng)速度的關(guān)系來看，牛頓流體和非牛頓流體存在著明顯的不同。而在實(shí)驗(yàn)中，非牛頓效應(yīng)并沒有明顯出現(xiàn)，，主要是因?yàn)闈L動(dòng)速度和載荷較低。 本研究的后續(xù)工作將主要研究在高速和重載條件下，同時(shí)提高PTFE和MoS2添加劑的比例，測量相應(yīng)條件下的彈流潤滑膜厚。同時(shí)，將研究這些潤滑劑的流變性。這些工作可以研究潤滑劑的參數(shù)變化對(duì)潤滑性能的影響，并通過適當(dāng)?shù)姆治隹梢赃M(jìn)一步獲得可信的結(jié)論。
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【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH117.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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2 黃平，雒建斌，鄒茜，溫詩鑄;NGY－2型納米級(jí)潤滑膜厚度測量儀[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);1994年02期

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本文編號(hào)：2428574