椭圆接触弹性流体动力润滑的供油条件分析.pdf

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1、第卷第期摩擦学学报，年月，椭圆接触弹性流体动力润滑的供油条件分析尹昌磊，杨沛然（青岛理工大学机械工程学院，山东青岛）摘要：通过数值求解研究了椭圆接触弹流润滑的供油条件，分析了供油油膜厚度对乏油润滑中心膜厚和最小膜厚的影响，以及中心膜厚和最小膜厚与润滑油膜压力区形成位置的关系结果表明：当供油油膜厚度较小时，中心膜厚和最小膜厚很小，压力区形成位置距接触区很近，处于严重乏油状态；当供油油膜的厚度达到一定数值时，中心膜厚和最小膜厚基本不变，多余的润滑油几乎不能进入接触间隙，即达到准充分供油状态；当供油油膜厚度继续增加时，乏油区最终消失，达到充分供油或过量供油状态关键

2、词：乏油；椭圆接触；供油油膜；弹流润滑中图分类号：文献标识码：文章编号：（）在许多工程润滑中，常常出现供油不足（乏油）油膜压力（），为最大压力（），的情况，严重的乏油会使润滑失效，导致作用表面的（!），为集中外载荷（），和分别为接触椭磨损而造成经济损失从弹流润滑的发展来看，国内圆短半轴和长半轴长（）；为固体表面在膜厚方［］外对充分供油条件下弹流润滑的研究较多，但向的总间隙（），，为两固体在方向［］对于乏油润滑的研究却很少等最先通的综合曲率半径（）；和分别为油的密度和环过光干涉实验分析了乏油润滑现象，使乏油润滑的境密度（）（），其中，为无量纲［］重要性得到认可

3、，其后，等分别从不同粘度，，和分别为润滑油的粘度和环境角度对乏油润滑进行理论研究然而，有关充分供油粘度（·）；!（），为无量纲速度与乏油润滑的关系研究还较少，我们已分析了线接［，］参数，（），为卷吸速度（），沿方触弹流润滑的供油条件，提出应区分乏油、充分向，为两固体的综合弹性模量（），为椭圆比，供油和过量供油的概念，本文将这一概念推广到椭，为无量纲载荷参数，（）为圆接触问题中，通过求解乏油润滑模型，得到给定供部分油膜比例，其表达式为：油膜厚条件下的完全数值解，并分析了从乏油到充分供油再到过量供油的转化关系（）!"数学模型式中：为无量纲润滑油膜厚度，其中，为润

4、滑油膜厚度（）与的区别见图假设润滑油为流体，通过修正传统参照文献［］，将整个计算域分为压力区和乏［］方程得到乏油润滑方程，其对油区部分（见图），图中用阴影线表示压力区，在乏油区和压力区是自适应的，其无量纲形式为：中心线（）上，和分别为计算域的起始和终止坐标，和分别为压力区的入口和出口坐()()（）（）标在上游乏油区，润滑油膜只是部分填充接触体间式中：、、、、分别为无量纲压力、无量纲总间的总间隙，，所以，且有，隙、无量纲密度及和方向的无量纲坐标变量；在压力区，油膜充满接触间隙，，即；，，，，其中，为下游气穴区可认为是乏油区，因为上游乏油区的油基金项目：国家自然

5、科学基金资助项目（）；青岛市科技发展基金资助项目（）收稿日期：；修回日期：联系人杨沛然，：作者简介：杨沛然，男，年生，博士，教授，目前主要从事润滑理论研究摩擦学学报第卷，图压力区和乏油区及的截面图不能完全进入接触区，所以出口区（即气穴区）的膜无量纲密度方程为：厚小于，故此处，亦有，且有（）（），其中为供油油膜厚度（），对于等温式中：，［］问题，可以理解为两表面的供油膜厚之和需!"数值方法要说明的是，图（）所示为种等效油膜厚度分布示意图，工程应用中在乏油区两固体表面上各有一采用多重网格法求解压力和部分油膜比例层较薄油膜，两层油膜中间是气体，由于气穴效应油，采用

6、多重网格积分法求解弹性变形，通过迭代求膜在两表面可能是不连续的出完全数值解采用层网格，最高层上网格节点数［］式（）的补充条件为：为，收敛判据为压力的相对误差和载荷的［］（，）［（，）］，相对误差均小于迭代流程与采用其中（，），（，）（）的方案类似，只是在局部进行微小变动出口处气穴［］且将和作为个相对独立的变量：区物理上为个低于大气压（等于蒸汽压）的区（，）时，（，）域，采用与乏油区相同的数学模型近似处理（，）时，（，）#"结果与讨论式（）的边界条件为：（，）（，）（，）（，）我们以工程中最常见的钢钢接触工况为例，选式中：、、和均为计算域的边界坐标取一组工作参

7、数考察供油膜厚的影响公共输入无量纲膜厚方程为：参数为：，，，（无量纲载荷参数），（，），（无量纲材料参数（，）），·，，（）!（）（），，，式中：为刚体中心膜厚，为综合曲率半径比，为了直观，所有结果均已转化为有量纲形式，为两固体在方向的综合曲率半径图所示为当"时压力分布、相应（），（!）的部分油膜比例分布以及润滑油膜分布和两接触体无量纲载荷方程：的总间隙分布情况由图可以看出图的压力区!（）轮廓，在此区域内，压力大于，而在压力区外，即乏油区，由于润滑油膜只填充部分接触总间隙，不能形无量纲粘度方程为：成有效润滑油膜，故压力为图中的区域对｛［（）］｝（）应于压力图

8、中的压力区，由的定义可知，在此区域式中：，，内，图中