關節(jié)軸承非牛頓流體潤滑與摩擦研究及壽命預測.pdf

1、關節(jié)軸承是一種球面滑動軸承，在航空航天、工程機械、軍工機械、交通運輸機械等領域有廣泛的應用。開展軸承的潤滑力學研究、摩擦磨損性能研究以及磨損壽命預測等基礎性研究工作，不僅具有重要的理論意義，而且對提高軸承的設計、制造質量，提升機械系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，具有實際的工程應用價值。論文以提高向心關節(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、摩擦表面織構的設計以及減摩效應實驗、織構化表面的摩擦性能預測、軸承磨損壽命建模及

2、預測等工作，以期為軸承的設計、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系下的關節(jié)軸承潤滑力學模型，模型引入了軸承內圈的轉動與擺動、軸頸的傾斜等各種復雜運動形式，并將潤滑劑的非牛頓性因素納入其中，推導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。
　　其次，以Oswald流變模型為基礎并結合上述潤滑力學模型，對關節(jié)軸承的潤滑問題進行了數(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。建立了關節(jié)軸承的CFD（Computational Fluid Dynamics）模型，研究潤滑劑空化效應對潤滑性能的影響。
　　第三，從表面形貌設計、制造以及性能評價角度開展了表面織構對關節(jié)軸承摩擦特性的影響研究。在關節(jié)軸承內圈球面上設計并使用激光制造了具有不同微觀結構的織構表面，利用非接觸式三維表面輪廓儀對織構表面進行檢測，采用ISO25178-2標準中的三維表征參數(shù)對表面織

4、構進行三維表征，并研究了織構參數(shù)與表面三維表征參數(shù)的關系，確定對織構尺寸敏感的4個三維表征參數(shù)Ssk、Sku、Sdv和Vvv作為預測表面摩擦性能的基本參數(shù)?；谠囼炑芯苛溯S承運行參數(shù)、表面織構參數(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)預測表面摩擦性能的可行性與有效性。同時，對二維Reynolds方程進行簡化，采用數(shù)值計算方法，探討了表面織構對軸承潤滑性能的影響。
　　最后，在多功能往復運動摩擦磨損試驗機上開展

5、了脂潤滑條件下GCr15軸承鋼的磨損實驗，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，建立了關節(jié)軸承磨損壽命模型，推導出簡便實用的磨損壽命計算公式，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和文獻數(shù)據(jù)進行驗證。
　　本文的研究工作，從理論上分析了影響關節(jié)軸承潤滑性能的各種因素，揭示了表面織構對于提高軸承性能的重要意義，以試驗證實了表面織構應用于關節(jié)軸承的可行性和有效性，并以理論與