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极大压力作业里润滑油切削硬度模具的核准

日期:2020-09-20 12:30
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摘要:
  试验本试验机的性能指标为:球盘滚子表面的滚动速度为v10~50m/s,并可无级调速;滚子表面的滑滚比s0~0.20;滚子表面的*大赫兹压力为p00.75~1.5GPa;润滑油的入口油温为T20~125℃;球和盘的材料为GCr15钢,两者的综合表面粗糙度小于0.02Lm;受载接触区处于全膜弹流润滑状态K>3.

  HKD-1型航空润滑油的性能指标如下:室温为27℃时,动力粘度为G00.37Pas,粘压系数为A1.31×10-8Pa-1,粘温系数为B0.021℃-1.给出了几条试验代表曲线,曲线中的线性段数据被用来计算剪切弹性模量。

  系统有效剪切弹性模量的确定在实际高压高剪切率润滑条件下,由于球盘接触表面的弹性变形,拖动力产生的应变有相当一部分来自滚子的贡献。由拖动系数-滑滚比关系曲线的线性段斜率得到的剪切弹性模量Ge是滚子-润滑膜系统的剪切弹性模量。

  给出了滚子-润滑膜系统的剪切变形示意图,其中,v1和v2为两个滚子的圆周线速度,接触区半宽,h为油膜厚度。接触区内任意一点处两滚子之间的相对切向变形2d由两个分量组成:油膜内的剪切变形2d1,滚子的切向变形2d2.

  显然,可得下式:$vv1-v22v2da1+2da2(1)滚子-润滑膜系统总的剪切应变率为:Ca$vh2da1+2da2h(2)剪切弹性模量的测量必须以润滑剂实现粘弹转变为前提。Johnson<10>等将Debroah数超过1作为润滑膜实现粘弹转变的标志。因此本文求解系统剪切弹性模量时,假设流体在剪应变率较小的时候,表现为线性粘弹性,该特性可用线性Maxwell公式来表示:2da1hdSdt+SG(3)其中:S,G和G分别为剪应力、润滑剂的粘度和剪切弹性模量。

  滚子的切向变形可用下式来求得:2d2S/K(4)其中,球盘滚子表面的切向刚度为K.公式(4)两边求导,并同时除以h得:2da2hdSKhdt(5)所以,滚子-润滑膜系统总的剪切应变率可表示为:$vh(1/G+1/Kh)dSdt+SG(6)令1/Ge1/G+1/Kh,则得:CadSGedt+SG(7)其中,Ge为滚子-润滑膜系统有效剪切弹性模量。

  即使在拖动力试验得到的拖动曲线中,不能区分线性区的剪切是弹性还是粘弹性,但在粘度与压力和温度之间的关系确定了之后(文中的粘度采用Roelands粘度公式),利用(7)式可以从拖动曲线的线性部分导出系统的有效剪切弹性模量。如果流体以平行于滚动方向的稳定速度流动,则:d/dtv(d/dx)(8)球盘滚子-润滑膜系统的剪切应变如下:C∫Cadt∫vGe+dSdx+SGdxv∫dSGe+∫SdxGv(9)因为从拖动力试验机上仅能获得平均剪切应力,通常情况下,我们取所有参数的平均值。线接触情况下,接触区内的平均剪切应变可用下式来表示:C-S-/G-e+S-a/G-v(10)对于圆点接触,接触区内的平均剪应变可表示为:C-S-/G-e+8S-r/3PG-v(11)这里r为接触圆半径。

  结果分析试验中球盘之间的接触属于圆点接触,球盘材料的泊松比为0.3,剪切弹性模量为207MPa.

  根据拖动曲线,利用式可求出滚子-润滑膜系统的剪切弹性模量,利用公式可求得润滑油本身的剪切弹性模量。~给出了HKD-1型航空润滑油系统剪切弹性模量和润滑剂剪切弹性模量随压力和入口油温及滚速的变化图。

  从图中可以看出系统有效剪切弹性模量和润滑剂剪切弹性模量随压力的增大而增大,随入口油温和滚动速度的增大而减小。这与油膜的一般特性相符合:随入口油温增大以及压力的减小,润滑油的特性趋于粘性。从图中还可以看出,压力越大,入口油温和滚动速度越小,系统剪切弹性模量与润滑剂本身的剪切弹性模量之间的差值越大,说明压力越大,入口油温和滚动速度越小,盘的柔量对剪切变形的贡献越大。利用上述方法获得润滑剂的剪切弹性模量的值比稳态法<1,2>中的值要小很多,主要原因如下:高压高剪切率润滑环境不是弹性测量的标准环境;润滑剂在通过接触区时没有达到平衡状态;接触区中润滑剂并非真正的完全弹性体,润滑剂通过接触区时受温度和压力变化的影响,在入口和出口区为粘性,在靠近接触中心区为弹性;另外,本文计算中考虑了入口剪切热的影响。所有这些因素都使得润滑剂的弹性中在滚动速度分别为15,25,35和45m/s时润滑剂剪切弹性模量与系统剪切弹性模量的比值G/Ge,采用本文的方法计算出的结果分别为1.073,1.056,1.048,1.032,按照文献<8>中的方法计算出的结果分别为1.062,1.049,1.037,1.028.两种计算方法得到的结果相近,这说明本文给出的公式(24)和(25)是正确的。

  结论(1)由拖动力试验曲线的斜率及文中推导的公式(12和13)可以分别求得线接触和圆点接触情况下,润滑剂发生粘弹转变时滚子-润滑膜系统的有效剪切弹性模量。(2)根据本文推导的系统剪切弹性模量与润滑剂剪切弹性模量之间的关系式可以分别求得线接触和圆点接触时润滑剂本身的剪切弹性模量,公式形式简单,便于工程应用。

  

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