论文题目: 微载荷含油轴承摩擦学性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 张建忠
导师: 马家驹,汪久根
关键词: 含油轴承,润滑,摩擦,微载荷,多孔质,仿生,算法,混沌
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 信息技术和微型机电设备中，含油轴承的应用日益广泛。由于轴承结构的微小型化，工作载荷也趋向轻微，对轴承在微载荷下摩擦学特性的要求越来越高。微载荷下，结构，表面特性，载荷，速度和润滑剂等引起的微小激励都将使轴承的运转状态出现不稳定。摩擦稳定性已成为评价轴承性能的关键技术指标。通过理论分析和试验研究，探讨微载荷下含油轴承的摩擦学特性，从材料，结构，润滑方面探索提高轴承摩擦性能的途径，将丰富摩擦学的理论知识，并为满足日益增长的含油轴承的工程应用开拓途径。 本文运用含油轴承润滑理论和微载荷轴承摩擦试验技术，研究了多孔质材料的仿生设计，润滑特性的理论分析，微小摩擦量的检测技术，从理论和试验上全面揭示了微载荷下含油轴承的摩擦学特性和各种因素的影响规律。主要研究内容有： 1) 含油轴承的润滑机理：通过比较轴承润滑分析的Darcy模型，Slip-Flow模型和Brinkman模型，阐明了含油轴承润滑的物理过程，揭示影响轴承摩擦性能的因素。以毛细管效应，电磁场作用和热效应为重点，阐明了它们在含油轴承中的作用。 2) 微载荷含油轴承的摩擦特性：由于影响因素众多，微载荷下轴承的摩擦性能呈现明显的不稳定性。轴承的结构，载荷，摩擦，润滑性能都出现强随机性。微载荷下含油轴承的性能特征的追求已从以往的摩擦系数极小化转化为对摩擦参数稳定性的要求。 3) 多孔质材料的特性：运用SEM技术研究天然材料的多孔结构，通过对天然材料中多孔质的尺寸，几何构型，孔隙密度及其变化梯度的观测，划分均匀多孔质材料，梯度多孔质材料和复合多孔质材料。根据仿生原理，为含油轴承材料提出梯度型多孔质结构优化设计。 4) 含油轴承润滑的理论分析：基于Brinkman模型，用Elrod算法计算微载荷含油轴承的润滑状态，揭示多孔质材料中润滑油的渗透度对轴承性能的影响。发现大渗透度下，轴承几乎丧失承载能力，而渗透度小于一极限值时，对润滑影响的差别几乎可以忽略不计。一般渗透度条件下，摩擦系数随载荷的下降而上升，当载荷大到一极限值时摩擦系数趋向稳定值，并与试验结果相吻合。但是，试验中惯性引起的系统误差使计算得到的摩擦系数值小于测量值。 5) 微载荷含油轴承中的混沌研究：研究发现，微载荷含油轴承摩擦学系统为混沌系统。出现混沌现象的原因是与速度有关的摩擦力和与弹性有关的粘弹性共同作用的结果。鉴于微载荷含油轴承性能研究中摩擦稳定性的重要性，对①无摩擦，无驱动，②有摩擦，无驱动和③有摩擦，有驱动三种情况研究了轴承摩擦学混沌系统，得到了判别稳定性的条件。用随机函数作驱动项得到线性化摩擦系统的混沌表现。在线性化混沌方程和随机函数输入条件下，微载荷摩擦混沌现象表现为杂乱无章的速度与加速度关系。随着固体接触和固体摩擦成分的增加，速度与加速度关系表现出有规律的渐进稳定状态。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 含油轴承的工程应用
1.2 研究及发展概况
1.2.1 含油轴承的理论研究概况
1.2.1.1 Darcy模型
1.2.1.2 Slip─Flow模型
1.2.1.3 其它模型
1.2.2 含油轴承的实验研究概况
1.3 主要问题
1.4 研究目的
1.5 研究内容
1.6 研究创新性
1.7 本章小结
第二章 影响含油轴承摩擦学性能的因素
2.1 多孔质毛细管效应
2.1.1 理论模型
2.1.2 毛细现象研究以及实验进展
2.1.3 毛细作用实践与应用
2.2 磁分布特性与热效应
2.2.1 滑动轴承的磁场分布特性
2.2.2 轴承内的磁场涡流效应分析
2.3 本章小结
第三章 多孔质仿生设计
3.1 蛋壳多孔质结构研究
3.1.1 蛋壳结构组成
3.1.2 蛋壳力学性能
3.1.3 蛋壳多孔质讨论
3.2 多孔质结构仿生优化设计
3.2.1 实验方法与结果
3.2.2 仿生多孔质结构设计
3.2.3 泡沫功能材料的仿生设计
3.3 本章小结
第四章 微载荷含油轴承的润滑与摩擦分析
4.1 含油轴承润滑理论模型
4.1.1 回油循环模型
4.1.2 Brinkmann模型
4.1.3 多孔质边界条件的比较
4.1.4 考虑表面张力的边界条件和Elrod算法
4.1.5 计算结果与分析
4.2 摩擦学性能的混沌分析
4.2.1 润滑中的混沌现象
4.2.2 混沌稳定性分析
4.2.3 摩擦学混沌形态
4.3 本章小结
第五章 微载荷含油轴承摩擦实验台设计
5.1 测量原理
5.2 实验台结构
5.2.1 实验台整体结构
5.2.2 牵引绳长度的影响
5.2.3 载荷与牵引绳的动态响应关系
5.2.4 牵引绳的选择
5.2.5 重心范围和加载力螺栓
5.2.6 实验台性能
5.3 传感器与信号处理
5.3.1 传感器
5.3.2 信号处理
5.3.3 信号的记录和分析
5.4 测量方法及标定
5.4.1 测量方法
5.4.2 测量传感器标定
5.5 误差分析
5.6 测量系统动态跟随特性
5.7 本章小结
第六章 微载荷含油轴承摩擦实验结果分析
6.1 微载荷含油轴承摩擦实验
6.2 实验结果与讨论
6.2.1 数据处理
6.2.2 润滑剂的影响
6.2.3 速度影响
6.2.4 载荷的影响
6.2.5 混合润滑的影响
6.2.6 摩擦温升
6.3 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2006-11-22
参考文献
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