基于工业链传动的销轴-套筒有限长线接触副的实验研究

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本文以工业链传动为研究背景,工业链中销轴与套筒的接触为典型的高副线接触。在链条转动过程中,当滚子与链轮进入啮合时,套筒相对销轴做往复滑动运动,两者组成有限长线接触滑动摩擦副。链条的服役条件恶劣,而且销轴-套筒摩擦副在受限间隙条件下润滑油供给困难,因此销轴-套筒摩擦副的磨损是链条伸长的主要原因。作者通过光干涉实验法观测销轴-套筒摩擦副的油膜形状及厚度的变化情况,并结合相关摩擦学理论探究销轴和套筒之间发生的润滑行为及其润滑机理。(1)为模拟工业链传动中不同型号的套筒和销轴间发生的润滑行为,作者分别进行了实验和理论研究。不同半径的滚子和玻璃盘的接触模拟工业链中销轴和套筒的接触,通过光干涉实验得到了不同尺寸滚子-盘有限长线接触副的润滑油膜厚度及形状变化情况;通过多重网格算法对有限长线接触进行了数值仿真。结果表明,接触区中截面膜厚随滚子直径的增加而增加。(2)首先测量了从工业滚子链上拆卸下来的销轴的直线度误差,然后使用4个与工业链中销轴相比直线度误差更小的销轴与玻璃盘形成EHL线接触副。直线度误差及表面粗糙度误差被用于表征销轴表面精度。使用4个表面精度不同的销轴,交叉形成多组对照实验。探究稳态、非稳态、充分供油及微量供油条件下,直线度误差及粗糙度误差对工业链润滑行为的影响。实验发现:稳态和往复运动工况下,销轴副的表面精度越高,润滑状态越好,接触区内形成更厚的润滑油膜。在微量供油条件下,即使是表面精度非常好的销轴,也会在长周期的工况下发生表面直接接触。其它表面精度稍差的销轴副,有效接触润滑状态维持的时间更短。在工业链中良好的润滑难以实现,因为其零件的表面精度更差,润滑失效、表面磨损以及链条伸长就很容易发生。(3)通过光干涉试验机拍摄获得销轴副完整的接触区拼接图,同一销轴的4条母线分别与玻璃盘形成长椭圆接触副和有限长线接触副。充分供油条件下,有限长线接触副的端部膜厚低于长椭圆接触副,中部膜厚高于长椭圆接触副。运动周期保持不变,母线1摩擦副冲程越长形成的油膜越厚。微量供油条件下,长椭圆接触副乏油发生的速度比有限长线接触副更快,长冲程摩擦副乏油的发生速度比短冲程摩擦副更快。“边缘效应”和“闭合效应”会显著降低有限长线接触边缘的膜厚,这对润滑是不利的。但是“闭合效应”同样可以有效减小润滑油的端泄,从而减缓乏油发生的速度,这对润滑是有利的。因此,合理设计销轴母线轮廓,使得接触副边缘既可以形成有效的润滑油膜,又能减少润滑剂的端泄,将对销轴-套筒副润滑产生积极影响。
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