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阶梯轴承平行间隙油膜承载机理

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  • 发布时间:2017-02-22
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Load Carrying M echanism of Oil Film between Two Parallel Surfacesin a Step BearingQu Shensheng YANG Shuyan GUO Feng(School of Mechanical Engineering,Qingdao Technological University,Qingdao 266033)Abstract: Some experimental studies are described about the film thickness between two parallel surfaces in a step bearing by acustom·made test apparatus.In the experiments,the lubricated paralel contact consists of a step-slider and a transparent glass disc。

The film thickness is measured under diferent entrainment speeds and loads.Th e phenomenon of cavitation is observed.Th e resultsshow that the variation of film thickn ess versus speed is divided into tw o regimes.In regime 1 where the speed is lOW,the filmthickn ess is very thin and independent of speed;While in regime II,as the speed increases the film thickn ess shows significantincrease and the film thickn ess versus speed displays a linear relationship in a log-log scale.The critical velocity dominating thetran sition from regime I tO II depends on the lubricants and the applied loads.Some theoretical analyses are made about this problem。

Same results are goten.In regime I the load carrying capacity is generated mainly by local hydrodynamic efect caused by surfaceroughness,while in regime II the load carrying is by the hydrodynamic efect ofgeometry ofthe step bearing。

Key words:Surface contact Film thickn ess Local hydrody namic efect Cavitation Surface roughn ess0 前言1946年FOGG[1l首次通过试验证实在平行推力轴承间存在较大承载力这-有趣现象,而在生产实际中尧现平行滑块轴承能够形成非成观的油膜。FOGG认为两平行表面间存在较大的承载力主要是由于润滑油的热膨胀引起的。CAMERON等口J和CURRIE等 J都提出在平行推力轴承间存在热楔高等学校博士学科点专项科研基金(20093721 1 100o1)和青岛市科技发展基金A-2011-64-jch)资助项目。20120105收到初稿,20121114收到修改稿效应。SHAW14J从理论上证明了热楔效应的存在。

CAMERONTM研究认为温度会引起润滑油密度的变化,产生了热密度楔形效应。DOWSON等 J贝0认为平行推力轴承间同时存在热楔效应和密度楔形效应。YOUNG[7]却对热楔效应提出了质疑,因为他认为热楔效应在理论和试验方面没有得到很好统-。

LEBECK18在 1 987年对前人的大量试验进行了分析,他认为平行滑块间的承载力主要由粗糙面接触力(表面粗糙度,波纹度)和流体压力组成。吴承伟等9J通过改变表面形貌来测量不同速度下某-点2013年 1月 曲申生等:阶梯轴承平行间隙油膜承载机理 l17压力值的变化,研究表明两平行表面能形成油膜的主要原因是表面粗糙度跟波纹度的影响,即局部动压效应。姚华平等 oJ利用有限差分法数值模拟了光滑表面跟粗糙表面在平行运动情况下的润滑状况,从理论上研究了粗糙度对润滑参数的影响,研究表明随着正弦波峰值的增加,承载力达到最大之后缓慢降低。

以上研究从简化模型和试验方面都表明在平行轴承间存在-定的承载力,然而对承载力的机理仍然存在较大的争议。本文的研究目的是在低速低载荷接触副温度变化很小的条件下(排除温度影响),利用面接触光干涉润滑油膜厚度测量系统对阶梯轴承平行条件下气穴现象进行观察研究并测量相应膜厚,以揭示局部动压效应对承载力的影响。

1 试验装置试验中使用的面接触润滑油膜厚度测量系统结构简图如图 1所示。面接触润滑副由静止的微型阶梯滑块 9和旋转的玻璃盘 10组成。

3 2 1图 l 膜厚光干涉测量系统结构示意图1.同步带 2.轴承 3.外套 4.内套 5.调节螺杆6.加载杠杆 7.十字头 8.调节盘 9.微型阶梯滑块l0.透明圆盘 l1.调节螺钉 l2.调节螺母实际测量时,先施加指定的试验载荷,再调整微型滑块的倾角使其为零(平行),然后玻璃盘以给定角速度旋转,两表面间形成润滑油膜,其膜厚记作 d。在试验采用的低载荷条件下,滑块与玻璃盘保持平行,滑块表面无弹性变形发生,滑块上任意- 点的膜厚变化相同,这-点不同于表面发生弹性变形的光弹流的测量。记录玻璃盘启动(滑块升起)或制动(滑块下降)过程中干涉图像上某-点的干涉光强变化,即可推算出膜厚 d。更详细的过程描述可

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