油气润滑对环-块摩擦副动态接触特性的影响.pdf

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1、第４期（总第１９７期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１６年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０４-００１８-０３油气润滑对环－块摩擦副动态接触特性的影响１１１２崔同洋，童宝宏，王光煜，程新明（１．安徽工业大学机械工程学院，安徽马鞍山２４３０３２；２．芜湖城建集团，安徽芜湖２４１０００）摘要：以环－块线接触摩擦副为研究对象，借助显式动力学有限元数值模拟分析技术，采用热力耦合分析方法，考察油气润滑条件下的冷却和润滑行为对线接触特性的影响情况。结果表明：在油气润滑条件下，增大压缩空气流速可以减轻摩擦

2、副局部过高温度、降低温升，并减小接触应力；当空气流速增大到一定程度后，空气流速的变化对温升和应力大小影响逐渐减小。关键词：油气润滑；线接触；摩擦副；动态接触特性中图分类号：ＴＰ３９１.７文献标识码：Ａ0引言性轴，并将块下部增加一个与之相互粘结的刚性层，这兼有优良润滑和冷却散热性能的油气润滑技术已样既保证模型可以加转动约束，又保证了变形的连续［１］经得到广大国内外学者的高度重视，考虑到油气供性和力的传递，其三维接触模型如图１所示。给情况的复杂性，油气润滑条件下点线接触润滑问题本文假设摩擦副的初始温度均为２０℃，设置环外的研究多是集中在实验研究和工业应用方面。表面和块的上表面

3、为热对流边界，其余表面默认为绝对于油气润滑条件下的非线性接触问题，利用传热边界。统的弹性接触解法处理十分困难，而实验方法又难以深入了解接触过程的机理，数值模拟分析技术的出现为解决各种复杂接触问题提供了有效途径。本文针对油气润滑条件下接触特性研究的不足，采用ＬＳ-ＤＹＮＡ软件提供的动态接触数值模拟技术，开展油气润滑对环－块摩擦副动态接触特性的影响研究。1环－块线接触计算模型假设环－块线接触摩擦副接触条件满足Ｈｅｒｔｚ接触理论的假设条件，线接触的接触斑为椭圆形，摩擦副图１环－块三维接触模型部件环和块均采用ＧＣｒ１５轴承钢；并假设弹性模量和对于块，限制下部刚体x和z方向的平动自

4、由度线膨胀系数受温度影响，密度、泊松比、屈服应力、切线和所有方向上的转动自由度；对于环，限制其内层刚体模量、热导率和热容等其他物理参数均不受温度影响。所有方向的平动自由度以及x和y方向的转动自由其中，材料弹性模量为２０６ＧＰａ，泊松比为０．３，密度为度。定义环外表面和块上表面为自动面面接触。载荷３７８１０ｋｇ／ｍ，屈服应力为０．８ＧＰａ，切线模量为７９３．８加载在块下层刚性体上，角速度加载在滚动体内层刚－１ＧＰａ，热导率为４０Ｗ・（ｍ・Ｋ），比热容为４６０Ｊ・体上。对环－块线接触摩擦副组件的环施加６０００ｒ／－１（ｋｇ・Ｋ）；环内径为４ｍｍ，外径为１０ｍｍ，长度ｍｉｎ的转

5、速，同时对块施Φ加y向载荷１０Φ００Ｎ。为１０ｍｍ；块下表面直径为４５ｍｍ，上表面直径为2油气润滑条件下相关参数的Φ确定５４．５ｍｍ，长度为１９ｍｍ。Φ油气润滑与其他润滑方式相比，最突出的一个优采用Ｓｏｌｉｄ１６４单元，为了使摩擦副可以施加约束点是其具备良好的冷却散热功能。油气润滑方式下气并且便于加载，将环内部增加一个与之相互粘结的刚液混合流体中的压缩空气通常以很高的流速来对摩擦安徽省高校省级科学研究项目（ＫＪ２０１３Ｚ０１９）；浙江理工大学浙江省流体传输技术研究重点实验室开放基金资助项目（ＺＳＴＵＺＳＬ２０１２Ａ００７）收稿日期：２０１５-１２-０２；修订日期：２０１６

6、-０５-２０作者简介：崔同洋（１９９０-），男，安徽阜阳人，在读硕士研究生，主要研究方向：现代机械设计理论与方法。２０１６年第４期崔同洋，等：油气润滑对环－块摩擦副动态接触特性的影响・１９・副进行冷却散热，因此，可以将油气润滑下的散热过程效应力－时间历程。由图４可以看到，由于开始阶段看成是压缩空气与摩擦副强迫对流换热过程。环境温载荷的加载，组件环和块的最大等效应力在极短的时度为２０℃时，空气的热物理性质参数如下：气体密度间内均快速增大，当增大到一定值后，应力的变化趋势３为１．２０５ｋｇ／ｍ，热导率为０．０２５９Ｗ／（ｍ・Ｋ），运动逐渐平缓，呈现稳定的上下起伏，环和块的最大

7、等效应－５２－５黏度为１．５０６×１０ｍ／ｓ，动力黏度为１．８１×１０力均值随着空气流速的增加有所减小。ｋｇ／（ｍ・ｓ），空气的比热容为１００５Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）。圆环的特征尺寸为其直径，假设压缩空气横掠圆柱，此时对流换热系数为１。在油气润滑条件下，润滑状态可以根据润滑膜厚［２］度来鉴别，但由于膜厚测量困难，通常采用摩擦因数值来判断各种润滑状态。油气润滑方式下气液混合流体形成的两相油膜特性十分复杂且难以预测，使得摩图２不同散热行为下环－块摩擦副表面温度分布擦因数难以用显式表达式描述准确，为此，在摩擦因数典型值范围内取一系列不同的