乳化液润滑轴承材料弹流润滑性能比较研究.pdf

第 3 O卷第 4期 2 0 0 9年4月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 1 ． 3 0 No ． 4 Ap r ．2 0 0 9 乳化液润 滑轴 承材 料弹流润滑性能 比较研 究 米 刘 本 海 。王 优 强 青 岛理工大学 ， 山东 青岛 2 6 6 0 3 3 摘要 利用考虑惯性力的R e y n o l d s 方程， 对乳化液润滑条件下4种轴承材料的弹流润滑问 题进行 了数值模拟 ， 并对数值模拟结果进行 了分析。结果认为， 在乳化液润滑条件 下， 惯性 力x , l - , L 化液膜压力的影响很 小， 而对乳化液膜厚度的影响较大。在橡胶／ 钢和塑料／ 钢摩擦副 中， 惯性力对 膜 厚 的影 响是 不 可忽略 的 。 关键词乳化液 ； 惯性力；橡胶 ；塑料 ；陶瓷；巴氏合金 中图分类号 T H1 1 7 ． 2 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 4 0 0 4 3 0 3 EHL Lu b r i c a t i n g Pr o p e r t y Co mp a r i s o n a mo n g Emu l s i o nl u b r i c a t e d J o u r n a l Be a r i n g M a t e r i a l s LI U Be nh a i ，W ANG Yo uq i a n g Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a Abs t r a c t Co n s i d e rin g t he i n e r t i a f o r c e i n Re y n o l d s e q ua t i o n t h e n u me ric a l s i mu l a t i o n o f EHL f o r f o u r k i n d s o f b e a ti n g ma t e ri a l s i n e mu l s i o nl u b ric a t e d wa s ma d e ，a n d t h e n u me ric a l s i mu l a t i o n r e s u l t s w a s a n a l y z e d．Th e r e s u l t s s ho w t h a t t h e i n e r t i a f o r c e e f f e c t o n t h e p r e s s u r e i s l i t t l e a n d t h e t h i c k n e s s i s g r e a t ． I n r u b b e rs t e e l rub b i n g p a i r a n d p l a s t i cs t e e l rub b i n g p a i r ， t h e e f f e c t o f i n e rt i a f o r c e o n fi l m t h i c k n e s s c a n n o t b e i g n o r e d． Ke y wor dse mu l s i o n l u b ric a t i o n；i n e rti a f o r c e；ru b b e r ；p l a s t i c；c e r a mi c；b a b b i t me t a l 圆柱与平面接触示意图 蓄 妻 曼 鬟 p ， ／ p ／ p 。 ，I h R ／ b 2 , 1 -- I“ slO 銎 釜 水 润 滑 轴 承 _ J 乏 ／ R R ， ％ ～ 要 作 条 件 下 的 弹 流 润 滑 性 能 。 式 中 一 H 二 ； ⋯ ⋯。 ’ 沮⋯ ⋯措一⋯一 ⋯ p一 在压力p下的密度； 占h 。 笔 、滑 表 。 ； 羞 主 的 弹 性 变 形 比 较 明 显 ，且水润滑轴承 的长径 比一般 ” ’ 一 ’ ’ 。 二 、 P 二 无N 量N 纲N N载 荷 和； 速 度 ； 妻 罂 淝 越 ” 一 一 罩 茎 ’ 委 接 触 模 型 。 叼 的黏度 ； 2 基本方程及其无量纲化 菡 军 。 ” ’ 山东省自然科学基金 Y 2 0 0 7 F 3 0 ； 青岛市科技发展基金 p流体压力 ； 资助 0 6 2 2 1 9 一 j c h bH e r t z 接触半宽； v o 1 ． 3 0 N o ． 4 乳化液润滑轴承材料弹流润滑性能比较研究刘本海， 等 第3 0卷第 4 期 l ／3 线载荷 ； E 综合弹性模量 ； 叼 。 大气压下的乳化液黏度； p 最大 H e r t z 接触压力 ； 无量纲黏度 ； 无量纲温度 ； 力惯性力 。 考虑流体惯性力的无量纲 R e y n o l d s 方程为 熹 ㈣ 。 裴 】 6 1 。 1 2 p ／ 一 tt。 2 0 ； 一 p- te e 1 ／ J 0 J o P J 0 1 ／ v 1 d z1 一 r 一一 一 一 ， l r 一 一 一 n I h q f e I P e ＼ o P 1 o z ／ v l 、 d z d z1 r r z 一 』 吉 i f -ta z ， 7 O U 一 【 未 I 』 ] e h ／ b P 。 M 6 ／ 叼 。 』 正 方程的边界条件为 r p p 。 0 【 h x ≥0 i 。 无量 纲 膜厚方 稗 I 0 2 T P r E c T t 2 [ O “ z } 】 熹 - 』 ， P r c ， E c v ／ C r o 固体 a 、 b的无量纲热传导方程为 f C N A u l o ／ o ； c 0 2 Y／ o -z l I C N B u 2 O T ／ O x一 0 2 ／ O z 2 C N A C l p1 U b ／ k l CNB c 2 p2 Ub lk 2 6 7 式中C 。 、 c 两固体的比热 ， J ／k g K； P 1 、 p 2 两固体的密度 ， k g ／ m。 ； k 、 k 固体 a , b的热传导系数 ， P a S 。 具体数值详见表 1 。 表 1 乳化液和固体有关参数 参 数 橡 胶塑 料陶 瓷暑 钢 密度／ k g m 1 1 1 0 9 4 1 3 2 6 0 7 3 0 0 7 8 5 0 8 5 0 比热／ J k g K 1 6 4 7 1 2 0 0 8 4 0 6 4 0 4 7 0 4 1 9 0 热传导系数／ W ． 0 ． 1 73 0． 4 6 2 0 3 4 4 6 0． 1 4 IT IK一 弹性模量／ G P a 0 ． 0 0 7 8 4 4 0 1 0 0 2 2 0 2 1 0 泊松 比0 ． 4 7 0 ． 4 0 ． 4 2 0 ． 2 5 0 ． 3 ]too 莩 一 ln 2 式中 。 。 未知无量纲常数， 其值在求解过程中 3 乳化液的黏度计算 得到。 乳化液的整体有效黏度 黏压黏温方程 n 吼 4 咖 咖 d ．， 7 d e x p 哪 d 6 e x p { A 。 【一1 1 A 一 A 一 S o I 3 式 中 、 水相和油相的体积分数 ； Z o A。 A 2 ， S 。 fl ／ A A 仇、 水相和油相在混合成乳化液之前 A l I n ．， 7 。9 ． 6 7 ， A 2 5 ．11 0 一， A 31 ／ 7 “0一 的黏度 ， 叼 0 0 0 7 8 P a。 s ， r ／ a 1 3 8 ， A 1 3 8 ／ 一1 3 8 0 ． 0 5 6 6 4 P a‘ s ； 式中a B 黏压系数 ； Ⅱ 、 b 、 n与乳化液的制备方法有关 的待定 R 0 e 1 a n d s 黏温系数 。 参 数 ，n 2 6 0 ，口 1 4 ．9 9 ， 密压密温方程 b一8 ． 1 6 。 P一 1 c , p d ,／ 1 C 2p 一C 3 一 1 4 本文采用 0 ／ w 型乳化液且油相体积分数咖 C I 0 ． 61 0 一 P a ～； C ，1 ． 71 0 一 P a - - 5 0 ％， 得到乳化液整体黏度计算值r ／ O ． 0 3 8 6 3 P a s 。 C 0 ． 0 0 0 6 5 K- - 。4 数值方法 载荷方程 将以上方程用有限差分法进行离散， 压力计算 X 一ut- d 詈 ㈣ 鬈 乳化液膜温度场无量纲能量方程 于求惯性力 ， 即求 ， 、 ， 而求 ，的关键是求 。 -- o 一 石 ⋯籍 蓑 篇 第3 0 卷第4 期 乳化液润滑轴承材料弹流润滑性能比 较研究二_ 奎 笠 的表达式中， 如此迭代下去 ， 直到达到规定的收敛 精度为止。求出 后， 再代人 ，中， 即可求出它的 值， 再用数值积分法求出， ， 拘值。由惯性力 ，一7 L p J 『 可求 出惯性力的值 。然后 ， 把这个过程分 别加到压力循环和温度循环 中， 就可 以得到考虑惯 性力的无限长线接触热弹流润滑的数值解 。 5结 果分 析 本文所研究的是乳化液润滑条件下考虑惯性力 时的无限长线接触热弹流问题 ， 采用轴承轴径 D 6 0 m m， 间隙为 0 ． 5 m m， 轴承长度 L 2 D1 2 0 mm。 输入参数有 人 口参数 i 一4 ． 6 ， 出 12 1 参数 1 ． 4 。无量纲速度参数 1 ． 01 0 ‘ ， 无量纲载荷 参数 4 ． 01 0～， P 0 ． 2 G P a ， 本文的数值解 中 2 ． 01 0 P a ～， 0 ． 0 4 2 K～。为便于 比较 ， 计 算输出的乳化液膜厚度 H 1 0 h ／ R 。乳化液和两 固体的有关参数见表 1 。 1 热对 4种轴承材料乳化液膜压力和膜厚 的 影 响 图 2和图 3给出的是一组无限长线接触解在考 虑热时的压力和膜厚比较图。由图 2和图 3可以看 出 在考虑热的情况下 4种轴承材料在乳化液润滑 下的压力和膜厚基本一致。所以热对各种轴承材料 的润滑性能基本没有影响 ， 可以忽略 。 图 2 考虑热 时的压力 比较图 0． 1 4 整 幂0 ．1 2 删 0． 1 0 1 0 1 无量钢坐标 图3 考虑热时的膜厚比较图 2 考虑热和惯性力时4种材料润滑性能的比 较 从 图4和图 5中可 以看 出， 考虑惯性力的热解 对此四种材料与钢摩擦副的无限长线接触热弹流润 滑的数值解压力 的影响都是较小的， 几乎没什 么影 响。而考虑惯性力的热解对膜厚有一定的影响， 考 虑惯性力的热解时 ， 陶瓷／ 钢和巴氏合金／ 钢摩擦副 的无限长线接触热弹流润滑的数值解膜厚大小基本 一 致 ， 塑料／ 钢和橡胶／ 钢的数值解膜厚也基本一致， 但较陶瓷／ 钢和巴氏合金／ 钢摩擦副的数值解膜厚明 显减小 。 图 4 考虑惯性力和热 时的压 力比较 图 图5 考虑惯性力和热时的膜厚比较图 6 结语 1 热对各种材料的轴承在乳化液润滑下 的压 力和膜厚基本没有影响。 2 考虑惯性力的热解对 4种轴承材料 的乳化 液膜压力 的影响很小 ， 而对 乳化液膜厚度 的影响要 大得多。同样情况下， 考虑惯性力的热解时， 塑料／ 钢和橡胶／ 钢摩擦副数值解中膜厚和最小膜厚减小， 而对于陶瓷／ 钢和巴氏合金／ 钢摩擦副的数值解基本 没有影响。 参考文献 [ 1 ] 张鹏顺 ， 陆思聪． 弹性流体动力润滑及其应 用[ M] ． 北 京 高等教 育 出版社 。 1 9 9 5 ． [ 2 ] P ． Y a n g ， S ．We n ．A G e n e r a l i z e d R e y n o l d s E q u a t i o n f o r N o n N e w ． t o n i a n T h e r m a l E l a s t o h y d r o d y n a mi e L u b r i c at i o n [ J ] ．A S ME J o u r - h a l o f Tr i b o l o g y ， 1 9 9 0， 1 1 2 6 31～6 3 6 ． [ 3 ] C ．J ．A．R o e l a n d s ．C o r r e l a t i o n A s p e c t s o f V i s c o s i t yT e m p e r a t u r e P r e s s u r e Re l a t i o n s h i p o f L u b ric a t i n g Oi l s ．P hD Th e s i s ，De l f t Un i ． v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， Ne t h e r l a n d s ， 1 9 6 6． [ 4 ] D ．D o w s o n ， G ．R ．H i g g i n s o n ．E l a s t o H y d r o d y n a m i c L u b fl e a ． t i o n [ J ] ．P e r g a m o n P re s s ， 1 9 7 7 ． [ 5 ] 严升明， 房风浩． 乳化液润滑的当量粘度系数[ J ] ． 润滑与密封． 2 0 0 6 3 6 56 6 ． 8 7 ． 作者简介 刘本海 1 9 8 4一 ， 山东临沂 人， 在校研 究生 ， 2 0 0 6年 毕业于长春工程学院 ， 获学士学位 ， 同年考入青岛理工大学机械设计 及理论专业攻读研究生学位。 一 4 5 一 收稿日期 2 0 0 81 1 0 6