關(guān)節(jié)軸承非牛頓流體潤滑與摩擦研究及壽命預(yù)測.pdf

1、關(guān)節(jié)軸承是一種球面滑動軸承，在航空航天、工程機(jī)械、軍工機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。開展軸承的潤滑力學(xué)研究、摩擦磨損性能研究以及磨損壽命預(yù)測等基礎(chǔ)性研究工作，不僅具有重要的理論意義，而且對提高軸承的設(shè)計、制造質(zhì)量，提升機(jī)械系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，具有實(shí)際的工程應(yīng)用價值。論文以提高向心關(guān)節(jié)軸承的摩擦與潤滑性能為目的，開展了軸承的潤滑性能數(shù)值分析、摩擦表面織構(gòu)的設(shè)計以及減摩效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、織構(gòu)化表面的摩擦性能預(yù)測、軸承磨損壽命建模及

2、預(yù)測等工作，以期為軸承的設(shè)計、制造及服役控制提供理論依據(jù)。
　　首先，基于流體動力潤滑理論建立了球坐標(biāo)系下的關(guān)節(jié)軸承潤滑力學(xué)模型，模型引入了軸承內(nèi)圈的轉(zhuǎn)動與擺動、軸頸的傾斜等各種復(fù)雜運(yùn)動形式，并將潤滑劑的非牛頓性因素納入其中，推導(dǎo)出了具有普遍意義的Reynolds方程，為開展球面軸承非牛頓流體潤滑數(shù)值分析提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，以O(shè)swald流變模型為基礎(chǔ)并結(jié)合上述潤滑力學(xué)模型，對關(guān)節(jié)軸承的潤滑問題進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分

3、析了軸承——潤滑劑系統(tǒng)中各參數(shù)對軸承潤滑性能的影響。建立了關(guān)節(jié)軸承的CFD（Computational Fluid Dynamics）模型，研究潤滑劑空化效應(yīng)對潤滑性能的影響。
　　第三，從表面形貌設(shè)計、制造以及性能評價角度開展了表面織構(gòu)對關(guān)節(jié)軸承摩擦特性的影響研究。在關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈球面上設(shè)計并使用激光制造了具有不同微觀結(jié)構(gòu)的織構(gòu)表面，利用非接觸式三維表面輪廓儀對織構(gòu)表面進(jìn)行檢測，采用ISO25178-2標(biāo)準(zhǔn)中的三維表征參數(shù)對表面織

4、構(gòu)進(jìn)行三維表征，并研究了織構(gòu)參數(shù)與表面三維表征參數(shù)的關(guān)系，確定對織構(gòu)尺寸敏感的4個三維表征參數(shù)Ssk、Sku、Sdv和Vvv作為預(yù)測表面摩擦性能的基本參數(shù)?；谠囼?yàn)研究了軸承運(yùn)行參數(shù)、表面織構(gòu)參數(shù)、表面形貌三維表征參數(shù)對摩擦性能的影響，明確了以典型表征參數(shù)預(yù)測表面摩擦性能的可行性與有效性。同時，對二維Reynolds方程進(jìn)行簡化，采用數(shù)值計算方法，探討了表面織構(gòu)對軸承潤滑性能的影響。
　　最后，在多功能往復(fù)運(yùn)動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上開展

5、了脂潤滑條件下GCr15軸承鋼的磨損實(shí)驗(yàn)，利用稱重法得到了材料的磨損速度，采用擬合方法確定了線磨損率與表面壓力的關(guān)系，得到了材料的工況條件系數(shù)。采用組合磨損計算方法，建立了關(guān)節(jié)軸承磨損壽命模型，推導(dǎo)出簡便實(shí)用的磨損壽命計算公式，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本文的研究工作，從理論上分析了影響關(guān)節(jié)軸承潤滑性能的各種因素，揭示了表面織構(gòu)對于提高軸承性能的重要意義，以試驗(yàn)證實(shí)了表面織構(gòu)應(yīng)用于關(guān)節(jié)軸承的可行性和有效性，并以理論與