軸承間隙非牛頓潤滑劑的非線性動力學

軸承間隙非牛頓潤滑劑的非線性動力學

图书基本信息
出版时间:2009-10
出版社:北京理工大學出版社
作者:王海林
页数:128
书名:軸承間隙非牛頓潤滑劑的非線性動力學
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軸承間隙非牛頓潤滑劑的非線性動力學
前言
隨著旋轉機械向高速化發展,多數軸承工作在由層流向湍流轉變的過渡區,甚至完全工作在湍流區,增大了能耗。同時,油膜渦動給軸承運行安全性造成很大的隱患。本研究采用高分子添加劑改變潤滑油的性質,以實現推遲油膜層流失穩的目的,提高軸承的工作性能。以旋轉圓柱間流體的流動為主要研究對象,系統深入地研究了高分子添加劑對流動穩定性的作用。分析了高分子添加劑在流體中的宏觀效應,建立了有效黏度湍流減阻模型;建立了添加劑分子的橢球一珠簧二元模型,分析了分子鏈在稀溶液中的動力學行為;選用Oldroyd-B型黏彈性本構方程,建立了小間隙同心旋轉圓柱間溶液的非線性動力學模型,分析了添加劑對系統穩定性的影響;采用有機玻璃滑動軸承實驗分析了添加劑對油膜層流穩定性的作用,並討論了軸承振動對油膜層流失穩的影響。理論分析表明,少量高分子添加劑能顯著提高油膜的層流穩定性,推遲流體由層流向湍流的轉變。添加劑分子在油膜流動作用下受剪切拉伸,分子鏈得到柔順伸展,增大了流體對擾動流場的干涉作用,減小了漩渦的產生,抑制了漩渦的發展,提高了流體的層流穩定性。由于分子的變形和旋轉,增大了流體內部能量耗散,宏觀上表現為有效黏度的增大,而且間隙比越小,剪切率越大,效果越顯著。對油膜非線性動力系統分析表明,臨界Taylor數不僅與軸向波長有關,而且與流體性質有關。當Taylor數達到某一臨界值Tan時,系統出現兩個穩定的分岔,對應Taylor渦的發生。弱彈性流在Ta=Ta。時,系統出現超臨界分岔,大擾動下,系統出現同宿軌道,最終發生混沌;而強彈性流在Ta=Ta0時,系統存在亞臨界分岔,最終以倍周期分岔走向混沌。
内容概要
本書以軸承間隙非牛頓潤滑劑的流動為主要研究對象,分析非牛頓潤滑介質對潤滑油膜層流失穩的影響。全書共分7章,主要內容包括國內外相關研究的綜述、粘彈性流體的流態分析、基于微觀力學的添加劑分子動力學行為研究、聚合物稀溶液的流動分析及其非線性動力學分析、實驗研究潤滑油膜失穩過程及影響因素。    本書適合于機械設計理論與方法、潤滑力學、軸承潤滑及動力學等專業或研究領域的研究生及從事相關領域的教學科研或技術人員參考。
书籍目录
第1章 绪论  1.1 对轴承间隙非牛顿润滑剂的非线性动力学研究的意义  1.2 国内外研究现状综述  1.3 主要研究工作和技术路线第2章 流态分析及有效黏度模型  2.1 概述  2.2 黏弹性流体的两种层流状态  2.3 有效黏度模型  2.4 无限长同心旋转圆柱间溶液的流动分析  2.5 算例与分析  2.6 本章小结第3章 聚合物的流体动力学行为研究  3.1 概述  3.2 模型的建立  3.3 动力学行为研究  3.4 聚合物稀溶液的黏度特性  3.5 本章小结第4章 无限长偏心圆柱间聚合物稀溶液的流动分析  4.1 概述  4.2 层流解  4.3 过渡区流动分析  4.4 聚合物添加剂——流体耦合  4.5 计算结果与分析  4.6 本章小结第5章 聚合物稀溶液流动的非线性动力学分析  5.1 概述  5.2 数学模型的建立  5.3 稳定性分析  5.4 数值分析  5.5 本章小结第6章 聚合物稀溶液层流失稳实验研究  6.1 概述  6.2 实验装置  6.3 添加剂  6.4 实验结果  6.5 本章小结第7章 轴承振动对油膜层流失稳影响的实验研究  7.1 概述  7.2 实验方案  7.3 实验结果与讨论  7.4 分析与讨论  7.5 本章小结后记参考文献
章节摘录
插圖︰在潤滑技術中,流體動力潤滑由于其較高的可靠性,一直是潤滑設計的目標,在潤滑技術中佔據著中心位置。但是建立流體動力潤滑需要一定的工況,如滑動的相對速度、供壓及載荷的大小、潤滑劑的黏度等。如這些條件不能實現,邊界潤滑便起著舉足輕重的地位。雖然邊界潤滑的應用歷史很久,但對它的認識還很少。在常溫下,潤滑劑內的極性分子吸附在金屬表面上或形成物理吸附膜或同金屬化合為金屬皂而形成化學吸附膜;在重載條件下,接觸溫度較高,吸附膜溶解失效,此時必須在潤滑劑中加入含硫、磷或氯等元素的“極壓”添加劑,這些元素在高溫中能夠同金屬表面生成化學反應膜,以達到減摩的作用。“極壓”添加劑的研究近年來發展迅速,一些含硼、銅、氮及稀土等元素的新型潤滑劑得到廣泛使用,起到了很好的潤滑效果。對極壓條件下邊界潤滑的研究,近年來還開拓了薄膜潤滑等新領域。但目前對于邊界潤滑膜的承載能力、摩擦力大小及具體的生成條件等仍不能定量地推算。潤滑理論經過一個多世紀的發展,已取得了很大的成就。但針對各種工況下流體動力潤滑的建立仍需深入細致地研究,如本研究對軸承油膜由層流向湍流過渡區的研究,旨在從一個側面完善流體動力潤滑理論,為工程應用和機械設計提供參考依據。1.2.2油膜過渡區的研究對油膜過渡區的認識始于1923年Taylor對兩同心旋轉圓柱間的流動流體的觀察。實驗發現,隨著轉速的逐步提高,流體的流態由層流發展而出現一種有規律的渦動狀態,即所謂的Taylor渦,如圖1-3所示,這是第一次發現由層流到湍流過渡區域的狀態。此後,C0les等許多人在過渡區的研究領域做了大量工作,分別從理論和實驗上研究了無限長同心旋轉圓柱間流體的失穩過程。研究表明,這種渦動狀態與時間無關,而且是軸對稱的。
后记
隨著低黏度潤滑油的廣泛使用和高轉速、大尺寸轉子的發展,旋轉機械中軸承內的油膜易失穩,軸承工作在油膜由層流向湍流的過渡區,甚至完全湍流區。這不僅造成摩擦阻力的迅速增加,功耗增大,而且由于油膜的渦動使軸承一轉子系統的工作性能大大惡化,給軸承安全運行帶來隱患。本研究針對這一現狀,提出從改變潤滑劑特性角度推遲油膜層流失穩,提高軸承運行穩定性這一課題,在牛頓流體中加入了高分子添加劑,從宏觀到微觀,從線性到非線性,從理論分析到實驗研究,較系統地研究了旋轉圓柱間油膜層流穩定性及高分子添加劑推遲油膜層流失穩的機理,討論湍流減阻現象在軸承潤滑中的應用。同時本研究還實驗分析了軸承振動對油膜層流穩定性的影響。本研究的工作為高分子湍流減阻的工程應用提供了理論依據,具有重要的理論和現實意義。為此我們主要做了如下工作︰(1)提出了通過改變潤滑油性能,提高軸承運行穩定性,推遲油膜由層流向湍流轉變的構想。基于聚合物稀溶液的黏彈特性,將油膜流態近似分為黏性層和彈性層,從添加劑的宏觀效應角度建立了有效黏度湍流減阻模型,分析了高分子添加劑對擾動流場的影響。分析指出,高分子添加劑有效地推遲了油膜流態從層流向湍流的轉變點。(2)建立了橢球一珠簧分子模型及其在流場中的動力學模型,從微觀角度分析了高分子添加劑與流場的干涉作用。研究表明,高分子鏈在流場中的變形和旋轉既降低了其旋轉頻率又增大了流場的能量耗散,減小了流場的擾動,提高了流體的抗擾動性能。
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《軸承間隙非牛頓潤滑劑的非線性動力學》︰國家自然科學基金資助項目。
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评论与打分
  •     基礎應用研究,專業性強,對從事此方研究的人員有很好的幫助。
  •     寫得一般,水平不高!