航空润滑油流变特性及其对润滑性能影响的研究

【类型】学位论文

【作者】王燕霜 

【关键词】 润滑油 拖动特性 流变特性 数值模拟 数据库

【摘要】润滑是决定轴承寿命的一个重要影响因素。航空轴承工作时，滚动体与滚道之间会形成一层弹流油膜。作用于滚动体上的弹流油膜拖动力将引起滚动体速度的变化，从而影响了轴承的动态特性，轴承动态特性的设计直接影响滚动轴承的工作可靠性和寿命。因此，开展航空轴承润滑剂拖动性能的研究有重要的实用价值。同时，拖动性能又是对润滑剂流变特性进行研究的试验基础，目前为止对流变特性的研究还不成熟。本论文对润滑油的拖动特性和流变特性进行了试验和理论研究，可为滚动轴承动态特性设计提供重要依据，并且对于了解润滑机理和推动弹流润滑理论的发展具有重要意义。 论文首先对弹流拖动力试验装置进行了改进，新设计制造了无摩擦铰链刚性架和石英谐振式力敏传感器组成的拖动力测量系统，改进了温度控制装置和速度控制装置。编制了试验程序，实现了数据的自动采集和显示。 对 HKD-1 国产航空润滑油进行了拖动力测量，获得了各种工况条件下完整的弹流拖动特性曲线，其拖动系数随滚动速度和入口油温增大而减小,随压力增大而增大；高压下，表现为显著的非牛顿特性。入口油温较低时该油的热效应较显著。 测量了润滑油在不同温度下的运动粘度,提出了新的WYS粘温模型。结果表明：温度越高，润滑油粘度对温度越不敏感；Walther 模型可较成功地预测温度为 20～100℃范围内润滑油的粘温关系；WYS 模型适用温度范围宽，计算精度高，尤其低温时计算误差远小于Walther粘温模型。 在Evans-Johnson模型的基础上，提出了润滑油新的流变模型-五参数流变模型，并给出了快速求解拖动系数的方法。计算表明，五参数流变模型对拖动系数的预测较准确，解决了目前流变模型在热效应较显著时对拖动力的预测误差较大的难题。 给出了适合于粘性或粘弹性流体的 Erying 特征应力和有效粘压系数的求解方法。推导了适合于小应变区流体为粘弹性的润滑剂-滚子系统有效剪切弹性模量的计算公式，并根据润滑理论和接触力学的理论，推导了线接触和圆点接触润滑剂本身的剪切弹性模量与系统剪切弹性模量之间的关系式。给出了平均极限剪切应力的求解方法。同时，还给出了 Erying 特征应力、有效粘压系数和系统有效剪切弹性模量与工况条件之间的计算公式。结果表明：当压力、入口油温和滚速增大时，HKD-1 航空润滑油的特征应力增大，有效粘压系数减小。剪切弹性模量随压力的增大而增大，随入口油温和滚动速度的增大而减小；压力越大，入口油温和滚动速度越小，盘的柔量对剪切变形的贡献越大。 建立了便于工程应用的拖动系数计算公式，利用单纯形法和线性回归求出了公式系数。为便于查阅和保存粘温特性和拖动特性的数据，利用 VB 语言建立了粘温特性和拖动系数动态数据库。两个数据库都具有查询、计算、绘图、比较、维护，步长设置等功能。 分析了流变特性对润滑性能的影响。给出了通用性较强，适合工程应用的重载高速点接触流变热弹流润滑数值模拟方法。该方法求解速度快，适合于求解温度分布、剪应力分布、油膜厚度分布和拖动系数。利用该方法对HKD-1 型航空润滑油进行了计算。计算表明：重载高速情况下，润滑油的非牛顿特性较显著，流变特性对于弹流接触中的温度、剪应力和拖动力的影响较大。热效应显著时，五参数模型对油膜温度、表面剪应力及拖动系数的预测精度高于 Evans-Johnson 模型。滑滚比增加，油膜温升增加显著，压力变化不大，只是二次压力峰的峰值有所减小。沿油膜厚度方向速度分布形状由小滑滚比时的直线变为大滑滚比时的抛物线。

【学位名称】博士

【学位授予单位】哈尔滨工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】王黎钦，杨伯原

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