流体动压润滑的形成机理研究文献综述
2020-04-12 09:01:50
毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
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文 献 综 述 流体动压润滑的形成机理研究 摘要:流体动压润滑的形成是依靠两摩擦面间的相对运动,将具有一定粘度的流体带入摩擦表面,也可以是气体,如空气。在形成流体动压润滑时,流体将两摩擦表面完全隔开,不直接接触,则摩擦力的大小取决于流体的粘度。 关键词:流体 摩擦力 运动 润滑 动压 粘度 1.引言 在机械科学中,通常认为摩擦学是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称。摩擦引起能量消耗;磨损导致机械零件表面损伤,进而使得机械设备失效;而润滑则是降低摩擦、控制磨损最有效的措施。因此,润滑设计对于节约能源和原材料,延长机械设备使用设备寿命和提高工作可靠性具有重要意义。 简言之,润滑技术通过在相互摩擦表面之间施加润滑剂而形成润滑膜,藉以避免摩擦表面直接接触,构建具有较高法向承载能力和尽可能低的切向阻力的界面层,达到减少摩擦磨损的目的。同时,润滑膜还具有散热、除锈、减振和降噪等作用。 人类很早以前就学会了在生产实践中利用润滑技术,我国《诗经》中就有关于润滑的描述,西汉《淮南子》中最早出现了”润滑”一词。早期人们采用动植物油脂作为润滑剂。19世纪中叶以后,随着油井开发和石油炼制技术的进步,石油润滑剂得到了广泛的应用,从而推动了润滑理论和应用技术的发展。近30年来,种类繁多的性能优越的润滑材料不断涌现,有力的促进了润滑科学的迅速发展。 2.正文 2.1 国内外流体动压润滑的进展 1883年,Tower对火车轮轴的滑动轴承进行试验,首次发现轴承中的油膜存在流体压力。1886年,Reynolds针对Tower发现的现象应用流体力学退到出Roynolds方程,解释了流体动压形成机理,从而奠定了流体润滑理论研究的基础。1904年,Sommer-feld求出了无限长圆柱轴承的Reynolds方程的解析解;1954年,Ocvirk建立了无限短轴承的解析解,促使流体润滑理论得以应用于工程近似设计。随着电子计算机和数值计算技术的发展,许多学者采用有限差分、变分和有限元等方法求得各种结构和工况条件下的有限长轴承数值解,得到了更为精确的结果,使得流体润滑理论日趋成熟。 随着我国工业生产的迅速发展,在机械制造业、大型电站、钢铁联合企业以及化工联合企业的机器设备中广泛应用了各种类型的动压滑动轴承,如普通圆柱轴承,椭圆轴承,三叶轴承,活支瓦块轴承等。这些轴承往往是机器能否正常可靠运转的关键部件。由于机械设计制造和运行维护的需要,工程技术人员迫切要求了解各种动压轴承的工作机理以及设计计算的理论基础。近年来,我国的流体动压润滑技术发展迅猛,各个生产线的技术人员已充分了解这一技术理论,为我国的工业生产效率的提高做出了不可磨灭的贡献。 2.2流体动压润滑概况 19世纪80年代,在机械学科领域几乎同时出现了2个重要理论:Reynolds流体润滑理论和Hertz弹性接触理论。长期以来,这2个理论分别被应用于处理不同接触表面的摩擦学设计问题,其中Reynolds理论被应用于面接触摩擦副如滑动轴承的润滑设计;而Hertz理论被应用于集中载荷作用的点、线接触摩擦副,如齿轮、滚动轴承的接触疲劳磨损设计,经过长期的探索,直到20世纪50年代,人们才成功地将这2个理论相耦合用于点、线接触的润滑设计,即弹性流体动压润滑理论。 弹流润滑理论的核心是在Reynolds方程中考虑润滑油的粘压效应和表面弹性变形,这就使得相应的求解难度增大。1961年和1976年,Dowson分别同Higginson及Hamrock合作,以完备数值解为基础,先后提出了线接触和点接触理想模型的弹流润滑理论。他们采用的理想模型假设:摩擦副为光滑表面,润滑剂为牛顿流体,在稳态工况条件下的等温润滑过程。 弹流润滑是流体润滑的扩展,其理论基础是连续介质力学,包括流体力学、弹性力学和传热学等。弹流润滑膜与流体润滑膜同属于粘性流体膜。然而,弹流润滑膜存在于集中载荷作用下的微小接触区,其厚度小、压力大、剪切率高以及润滑剂通过接触区的时间短。处于这种状态的润滑问题显然与理想模型的条件相差很大,其中热效应、润滑剂的非牛顿性、表面粗糙度以及非稳态工况等对弹流润滑的影响成为不可忽略的因素。 上世纪80年代初开始,研究者们以工程模型弹流润滑理论研究为目标,先后提出了热弹流、流变弹流、微观弹流以及非稳态弹流润滑的完备数值解,最后再推导出普适性最高的Reynolds方程和对数值计算方法进行重大改进的基础上,简历了考虑上述各因素综合影响的弹流润滑理论,被Dowson称为完备的流体润滑理论。与此同时,研究者们还开发出了多种弹流油膜性能测试技术,包括采用光干涉测量油膜厚度和形状,红外辐射测量温度场,薄膜传感器测量油膜压力等,用以通过实验验证理论分析结果。 流体动压润滑研究发展至今,Hertz接触状态的润滑问题数值分析日趋完善,今后应着重开展弹流润滑的应用及其相关研究。 3.总结 润滑理论与应用技术是摩擦学研究的重要领域,也是发展最为迅速和比较完善的领域。随着现代技术的发展,机械装置的工况参数和集成化趋势日益提高,这就要求我们对润滑技术有更高的理解与认识。而流体动压润滑对于解决工业上机械装置的摩擦损耗问题又有着举足轻重的作用。对于这一领域的研究,国内外学者作了深刻的研究。其中Reynolds方程对于流体动压润滑的理论研究起了最重要的作用,后人在这一方程的基础上进行深入的研究,从而在近200年的演变中,流体动压润滑的研究日趋成熟。我在参与流体动压润滑的形成机理的研究中认识到前人的理论对于如今我们对这一领域的研究起着举足轻重的作用,他们的贡献为我们打开了这扇流体动压润滑的大门,使我们节约了很多的时间与精力在某些方面的研究,我对此受益匪浅。通过阅读导师给我的资料,我对流体动压润滑产生了浓厚的兴趣,我想,这一兴趣也会引导我在接下来进一步的研究中取得良好的效果。 参考文献 [1] 顾红, 王先逵, 祝琳华, 等. 磁流体技术及发展方向综述[ J]. 昆明理工大学学报, 2002, 27( 1) : 55- 57. 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