（机械工程专业论文）往复式牵引传动试验机的研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e dt o t h ef a c u l t yo fg r a d u a t eo fs h a n d o n gu n i v e r s i t y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ri ne n g i n e e r i n g t h er e s e a r c ho nt h et e s ta p p a r a t u st h a t i su s e d t o r e s e a r c ht h ec h a r a c t e ro f t r a c t i o nd r i v ei n r e c i p r o c a t e dm o t i o n c a n d i d a t e ： q 坠圣h 金堕g g 垦n g s p e c i a l t y ： m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ： p r o f f a nb o t a o s h a n d o n gu n i v e r s i t y , j i n a n ，p r c h i n a s e p t e m b e r2 0 ，2 0 10s e p t e m b e r 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名7 幽导师签名 目录 1 1 1 1 目录 摘要。v a b s t r a c t 第1 章绪论。1 1 1 课题研发背景 1 2 牵引传动国内外研发现状 1 3 牵引传动特性的研究方法 1 3 1 概述 1 3 2 理论研究方法 1 3 。3 试验研究方法 1 4 课题来源及主要研究内容 1 4 1 课题来源 1 4 2 主要研究内容 1 4 3 论文结构 第2 章牵引传动基本理论问题 9 2 1 引言9 2 2 润滑状态及粘度9 2 2 1 润滑状态9 2 2 2 粘度的概念1 0 2 3 牵引油的选用及特性l l 2 3 1 牵引油的选用1 l 2 3 2 牵引油的粘温和粘压特性1 2 2 4 牛顿流体模型理论m r e y n o l d s 方程1 6 2 4 1 普遍形式的r e y n o l d s 方程1 6 2 4 2 等温条件下r e y n o l d s 方程的简化1 7 2 5h e r t z 弹性接触理论1 9 2 6 小结2 0 第3 章面接触形式下牵引油拖动特性的研究。 2 1 3 1 引言2 l 3 2h z s - 1 型动压滑动轴承试验台的结构图和工作原理2 2 3 2 1 试验台的结构框图2 2 3 2 2 试验台的工作原理2 4 3 3 拖动力测试试验2 5 3 3 1 拖动力测试试验2 5 3 3 2 试验内容2 6 3 4 试验数据处理及分析2 8 3 4 1 试验数据处理2 8 3 4 2 试验结果分析3 1 3 5 试验过程分析及存在的不足3 6 3 6 小结3 7 山东大学硕十学位论文 第4 章往复运动下牵引传动试验机的分析研究3 8 4 1 引言3 8 4 1 1牵引传动试验装置的类型及存在的问题3 8 4 1 2 往复牵引传动试验机设计的特性3 9 4 2 往复牵引传动试验机的设计4 0 4 2 1试验机的结构图4 0 4 2 2 试验机的工作原理4 l 4 2 3 加载装置的标定4 2 4 2 4 试验机滚子和滑盘的设计及整体效果4 3 4 3 基于u g 的往复牵引传动试验机的动态分析4 5 4 3 1 概述4 5 4 3 2 试验机的简化模型4 5 4 3 3 基于u g 的试验机简化模型运动分析4 6 4 4d 、结5 6 第5 章总结与展望 5 1 总结5 7 5 2 课题展望5 7 参考文献5 8 致。6 1 目录 c h i n e s ea b s t r a c t a b s t r a c t c o n t e n t s c h a p t e r1p r e f a c e ” 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n d 1 1 2s t a t u so fd o m e s t i ca n df o r e i g n 2 1 3t r a c t i o nt r a n s m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fr e s e a r c hm e t h o d s 4 1 3 1i n t r o d u c t i o n 4 1 3 2t h e o r e t i c a la p p r o a c h e s 一4 1 3 3e x p e r i m e n t a lm e t h o d s 5 1 4r e s o u r c e sa n dm a i nc o n t e n t 7 1 4 1r e s o u r c e s 7 1 4 2m a i nc o n t e n t”7 1 4 3s t r u c t u r eo fe s s a y 7 c h a p t e r2b a s i ct h e o r yo f t r a c t i o nd r i v e 9 2 1i n t r o d u c t i o n y 2 2l u b r i c a t i o na n dv i s c o s i t y ”9 2 2 1l u b r i c a t i o n 9 2 2 2v i s c o s i t y 1 0 2 3u s ea n dc h a r a c t e r i s t i c so ft r a c t i o no i l 一1 1 2 3 1u s eo f t r a c t i o no i l 11 2 3 2v i s c o s i t y t e m p r e a t u r ea n dv i s c o s i t yp r e s s u r eo f t r a c t i o no i l 12 2 4n e w t o n i a nf l u i dm o d e lt h e o r y r e y n o l d se q u a t i o n 1 6 2 4 1g e n e a lf r o mo fi 迮y n o l d se q u a t i o n 一l 6 2 4 2s i m p l i f i c a t i o no fr e y n o l d se q u a t i o nu n d e ri s o t h e r m a lc o n d i t i o n s 一17 2 5h e r t ze l a s t i cc o n t a c tt h e o r y l9 2 6s u m m a r y 2 u c h a p t e r3r e s e a r c ho f t r a c t i o no i l d r a g g i n gu n d e rt h ef r o mo fs u r f a c ec o n t a c t 2 1 3 1i n t r o d u c t i o n 2 1 3 2h z s 1h y d r o d y n a m i cb e a r i n gt e s ts t a n ds t r u c t u ra n dw o r k i n gp r i n c i p l e 2 2 3 2 1b l o c kd i a g r a mo ft e s tr i g 2 2 3 2 2w o r k i n gp r i n c i p l eo ft e s tb e d 2 4 3 3d r a gd y n a m i ct e s t i n ge x p e r i m e n t 2 5 3 3 1d r a gd y n a m i ct e s t i n ge x p e r i m e n t 2 5 3 3 2c o n t e n to f t e s t 2 6 3 4d a t ap r o c e s s i n ga n ga n a l y s i s 2 8 3 4 1d a t ap r o c e s s i n g 2 8 3 4 2a n a l y s i so fr e s u l t s 3 l 3 5d e f e c t sa n da n a l y s i so ft e s tc o u r s e 3 6 3 6s u m m a r y 3 7 c h a p t e r4a n a l y s i so ft r a c t i o nd r i v eu n d e rr e c i p r o c a t i n gm o t i o n 3 8 4 1i n t r o d u c t i o n 3 8 4 1 1t y p e so ft r a c t i o nd r i v et e s te q u i p m e n ta n di t sp r o b l e m s 3 8 4 1 2d e s i g n i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft r a c t i o nd r i v et e s te q u i p m e n t “3 9 4 2d e s i g n i n go fr e c i p r o c a t i n gt r a c t i o nd r i v et e s tm a c h i n e 4 0 i i l 山东大学硕十学位论文 4 2 1s t r u c t u r a ld r a w i n go ft e s tm a c h i n e 4 0 4 2 2w 6 r k i n gp r i n c i p l e so f t e s tm a c h i n e 4 1 4 2 3c a l i b r a t i o no fl o a d i n gd e v i c e s 4 2 4 2 4d e s i g n i n go f r o l l e ra n gs l i d i n gp l a t ea n di t so v e r a l le f f e c t s 4 3 4 3d y n a m i ca n a l y s i so fu g b a s e dr e c i p r o c a t i n gt r a c t i o nd r i v et e s tm a c h i n e 4 5 4 3 1i n t r o d u c t i o n 4 5 4 3 2s i m p l i f i e dm o d e lo f t e s t i n gm a c h i n e 4 5 4 3 3a n a l y s i so fu g b a s e dt e s tm a c h i n es i m p l i f i e dm o d e l m o t i o n 4 6 4 4s u m m a r y 5 6 c h a p t e r 5s u m m a r ya n dp r o s p e c t 5 7 5 1s u m m a r y 5 7 5 2p r o s p e c to f p r o j e c t 5 7 p e f e r e n c e s 5 8 a c k n o we d g e m e n t 摘要 摘要 牵引传动是一种新兴的、性能优越的传动方式。它具有优越的传动性能，而 且它的应用越来越广泛。由于牵引传动是利用牵引油膜在传动接触区间的剪切力 来传递运动和动力的，所以油品本身牵引特性的高低直接影响了牵引传动的牵引 效率。当前国内对牵引传动特性的研究绝大部分都是研究稳态条件下的牵引特性， 而没有研究非稳态工作条件下的牵引特性。针对目前国内牵引传动应用的发展， 在对目前国内外研究牵引传动的几种试验机的分析比较基础上，设计了一种往复 式牵引传动试验机。其主要研究内容如下： 一、利用h z s - 1 型动压滑动轴承试验台，对8 号液力传动油面接触形式下的 拖动特性进行了试验研究和分析。 二、根据国内外研究牵引传动的特点，对往复式牵引传动试验机进行了结构 设计。 三、利用u g 软件对往复式牵引传动试验机构简化后的的模型进行建模、装配、 运动特性设置和运动仿真，并对静力和摆动力、速度的数据分析，找出对实验数 据影响较大的因素。 最后，根据分析结果，提出往复式牵引传动试验机为国内对牵引油非稳态情 况下的牵引传动特性的研究提供试验装置的设计方案，以推进牵引油在非稳态情 况下的应用及其研究。 关键词：往复牵引传动面接触实验分析 结构设计动态分析 v 山东大学硕十学位论文 a b s t r a c t t r a c t i o nd r i v ei san e wm o d ew i t hg o o df u n c t i o n s i ti sm o r ea n dm o r e w i d e l yu s e d s i n c et r a c t i o nd r i v em a k e su s eo ft h es h e a rf o r c et r a c t i o nf i l mb e t w e e nt r a n s m i s s i o n c o n t a c ta r e a st ot r a n s m i tp o w e r ，t h eq u a l i t yo fo i ld e c i d e st h ee f f i c i e n c yo ft r a c t i o n t h e c u r r e n td o m e s t i cs t u d yo ft r a c t i o nc h a r a c t e r i s t i c si su n d e rs t a t i cs t a t ec o m d i t i o n si n s t e a d o fu n s t e a d yo n e s t h ea u t h o rh a sd e s i g n e dak i n do fr e c i p r o c a t i n gt r a c t i o nd r i v et e s t m a c h i n eo nt h eb a s eo ft h es t u d yo fd o m e s t i ca n df o r e i g nt e s tm a c h i n e s a c c o r d i n gt o 啤 t h eu s e so ft r a c t i o nd r i v ei no u rc o u n t r y iu s eh z s - 1 - t y p eh y d r o d y n a m i c b e a r i n gt e s tr i g t ot e s ta n da n a l y z et h e c h a r a c t e r i s t i c so fd r a g g i n gu n d e rt h rf o r mo f8 撑h y d r a u l i ct r a n s m i s s i o no i ll e v e l c o n t a c t s i im a k eas t r u c t u r ed e s i g no fr e c i p r o c a t i n gt r a c t i o nd r i v et e s tm a c h i n ea c c o r d i n g t ot h ed o m e t s t i ca n df o r e i g ns t u d i e so ft r a n s m m s s i o no ft r a c t i o n i i iu s eu gs o f t w a r ea n dt h es i m p l i f i e dm o d e lo ft h er e c i p r o c a t i n gt r a c t i o nd r i v e t e s tm a c h i n et om o d l e ，a s s e m b l e ，i n s t a l lm o t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n ds i m u l a t em o t i o n ，a n d a n a l y z et h ed a t ao fs t a t i cp o w e r ，p e n d u l u mp o w e ra n ds p e e d ，t r yt of i n dt h ef a c t o r s w h i c hi n f l u e n c ed a t al a r g e l y f i n a l l y ，r a i s et h ed e s i g no ft h er e c i p r o c a t i n gt r a c t i o nd r i v et e s tm a c h i n et op r o v i d e t e s t i n gi n s t a l l a t i o nf o rt h es t u d yo ft r a c t i o n o i l sc h a r a c t e r i s t i c su n d e ru n s t e a d y c o n t i o n si no u rc o u n t r y ，t op r o m o t et h es t u d ya n du s eo ft r a c t i o no i lu n d e ru n s t e a d y c o n d i t i o n s a b s t r a c t ：r e c i p r o c a t i n gt r a c t i o nd r i v e s u r f a c ec o n t a c t e x p e r i m e n t a la n a l y s i s 囊 s t r u c t u r a ld e s i g n d y n a m i ca n a l y s i s 第1 章绪论 1 1 课题研发背景 第1 章绪论 牵引传动是一种新兴的、性能优越的传动方式。它的基本运动方式是两个 光滑滚动体对滚，其中一滚动体的轴线以浮动形式依靠载荷压在固定轴线的滚 动体上，而另一滚动体的轴线则固定。牵引传动就是利用两个滚动体之间的 一层很薄的剪切油膜在传动接触区内的剪切力来传递运动和动力的，因此牵引 传动能够非常稳定地实现传动比的连续变化。由于避免了滚动体的直接接触， 因而可实现平稳、无噪声的动力传动效果。滚动体之间的油膜，又可以有效地 降低滚动体的磨损和减缓振动。牵引传动的速度只受制于滚动体的材料强度， 与其它形式的传动相比，牵引传动具有更小的体积。因为传动零件为光滑表面， 所以其造价低廉，尤其是适用于要求实现无级变速、对传动平稳性和噪声要求 高的场合乜】。所以虽然牵引传动也有其不足之处，如它的传动力矩要比齿轮的 。 传动力矩小，不过由于它具有以上的优势，近年来，在机械、航空、汽车工业 等领域得到了广泛地应用。 对于牵引传动而言，由于它具有优越的传动性能，而且它的应用越来越广 泛，所以现在对它的研究也越来越多。比如对牵引传动中的斜滑和自旋的研究。 由于在现在的制造与安装水平下很难避免自旋与斜滑的产生，而且它们会对牵 引传动的牵引特性产生很大影响，所以近些年来很多学者对它进行了大量的研 究阳们哺3 。另外，有学者对用典型流变模型解释油膜的牵引传动理论进行了研 究，比如近些年来对比较热门的极限剪切应力模型的研究等口1 。作者在调研时 发现，有时为了满足设计要求，还要特意开发新的具有特殊油品特性的润滑油。 由于牵引传动是利用牵引油膜在传动接触区间的剪切力来传递运动和动力的， 所以油品本身牵引特性的高低直接影响了牵引传动的牵引效率，因而对各种油 品牵引特性的研究也较多哺1 。据了解，牵引油主要用在汽车的无级变速器中， 使用这种牵引油的厂商往往希望能够得到有关牵引油的拖动特性参数。国外的 牵引油的拖动系数等参数比较完整，而国产牵引油则不同程度地缺少有关拖动 山东大学硕十学何论文 系数的特性参数。这给牵引传动的理论设计及工程应用带来了很大的不便。在 这种大家对牵引传动越来越重视，对它的研究越来越多的背景下，作者发现当 前对牵引传动特性的研究总体来说可分为两种，一种是关于线接触形式下的牵 引传动特性研究，一种是关于点接触形式下的牵引传动特性的研究。而且当前 国内对牵引传动特性的研究绝大部分都是研究稳态条件下的牵引特性弛引，而 没有研究非稳态工作条件下的牵引特性，包括面接触下油膜特性的研究也是如 此。基于此，本课题设计了一台用于往复运动下牵引传动特性研究的试验台， 并对其进行了动态分析研究，研究了此试验台的振动对试验区的影响，为往复 运动下牵引传动各种特性的研究及以后的非稳态牵引特性的研究做出了一些 工作，而且这对提高国内牵引传动技术及其试验装置的设计水平有重大意义。 牵引传动是应用摩擦力来实现动力传递的，所以对材料的耐磨性有很高 的要求。但由于磨料磨损现象十分复杂，系统参量的变化将使磨损过程发生显 著变化，到目前为止，还没有完全掌握摩擦现象的规律，更不能建立一个通用 的模型来广泛描述各种各样的摩擦现象，所以摩擦学的理论还是远远不能完全 满足对牵引传动现象的研究h 引。能将摩擦学关于牵引传动的内容进行专门研 究，可以大大的降低研究面，使得牵引传动的研究能更进一步，取得理想的成 果。 1 2 牵引传动国内外研发现状 国外对牵引传动技术，特别是牵引油已进行了大量的理论、实验研究和开 发。如德国b r a n n s c h w e i g 大学早在五、六十年代就对牵引接触现象进行了大 量的实验研究；英国的l a n e 在1 9 5 7 年就通过大量实验探索，研究出优质牵引 油；美国的m o n s a n t o 公司和s u no i l 公司在1 9 6 8 年推出商业牵引油。特别是 美国的c o y ，j o h s o n 等人近些年来对牵引传动的油品在各种工况下牵引特性、 疲劳特性、疲劳寿命、可靠性等进行了全面地研究阳1 。n a s a 报告上发表了很多 权威性的研究报告，报告中的一些方法和计算公式广泛地被应用。 国内在牵引传动研究方面也做了大量的工作，并取得了成果。如在理论和 实验研究方面，代表性的文献有：武桢、周燕佩、沈心敏著牵引传动中的弹 流润滑膜；王方飞、孟惠荣著弹流牵引传动无级变速器牵引系数的数值研 2 第1 章绪论 究；李泰安、王志刚著牵曳油牵曳特性研究概况等。机械部广州机床研 究所等单位在矿物牵引油研制和开发方面取得了成果，他们研制、生产的系列 矿物牵引油成本、价格低，性能良好，在国内无级变速器应用市场上占有很大 比重：中国石化科学研究院等单位，在合成牵引油研制和开发方面取得了成果， 他们已研制开发出高性能s 系列牵引油。然而，从总体上讲，国内在牵引传动 领域的研究与开发与国际先进水平相比，有相当大的差距n 叫。国产牵引油的牵 引特性普遍没有国外所研制的牵引油的牵引特性好，并且国产牵引油的某些基 础参数数据也没有国外类似牵引油的基础参数全。 近年来，国内己从测绘、仿制国外产品向研制、开发方面发展。目前最突 出的、关系到国内牵引传动研究、设计、生产及应用的关键性问题是：国产牵 引油的某些基础参数数据不全，在进行流变弹流研究时，不得不参考国外对润 滑油并不完整的测试数据，因此带来相当大的误差。此外，由于试验机本身的 精度以及试验条件等限制，牵引传动的试验研究范围较窄，试验条件单一，考 虑因素较少，这与牵引传动的实际应用工况差距较大。当前在国内牵引传动研 究方面存在着一些问题，如牵引系数确定中的问题，牵引系数是牵引传动元件 传递的切向力与作用其上的法向力之比。最大牵引系数是对牵引传动的功率、 寿命、尺寸影响最大的一个参数，这个参数限定了所需接触载荷的大小。牵引 系数与两传动件接触区的最大接触应力印、滑滚比s 、卷吸速度u 、牵引油 入口( 接触区) 温度t e m p 、自旋角速度s 、接触椭圆半径口，b 及其比率k = a b 有关。l o e w e n t h a l 等人对s a n t o t r a c 一5 0 和t d f 一8 8 牵引油在整个工作 条件范围内进行了试验研究，他们对实验获得的大量数据进行回归分析，导出 了用来确定“牵引系数一滑滚比 曲线初始斜率朋( 在无自旋的条件下) 和最 大牵引系数的两个公式。然而，对于国内研制的牵引油，人们对这方面的试 验开展的不多。尽管机械部广州机床研究所已对他们公司生产的矿物牵引油进 行了有关牵引系数、压粘系数等参数的测试，但他们并没有建立起牵引系数的 计算公式。 由于国产牵引油的研究在上述两个方面的空白，给国内牵引传动的应用造 成很多问题。最突出的是使用某些国产牵引油进行牵引传动的承载能力、寿命 及可靠性与预期的相差很大，常出现温升过高，主要传动件点蚀、胶合、磨损 山东人学硕十学何论文 等问题，这也是影响国内牵引传动进一步应用和发展的主要因素之一。 1 3 牵引传动特性的研究方法 1 3 1 概述 牵引传动是在传统的摩擦传动的基础上发展而来的一种新型的传动方式 1 。根据不同的接触形式，也就是根据不同的润滑状态( 点、线接触形式下是 弹流润滑，面接触形式下一般是流体动压或流体静压润滑) ，对牵引传动特性 的研究方法也不同。 首先，在面接触形式下，此时由于牵引油膜与接触表面所受到的压力不是 非常高，油膜所受到的剪应变率由于受到面接触形式的限制也不可能非常高， 油膜厚度一般为1 1 0 0um ，所以在这种情况下，牵引油符合牛顿粘性定律， 处于牛顿流体状态，而且由于接触面所受到压力不是很高，此时接触表面的弹 性变形量比较小，几乎可以忽略。此时对油膜拖动性能的研究多采用牛顿流体 模型进行分析计算。 在点、线接触形式下，由于牵引传动接触区的牵引油处于极其特殊的状态： ( 1 ) 油膜极薄，一般只有lum 量级； ( 2 ) 油膜压力高达1 g p a 量级； ( 3 ) 非常高的剪应变率，通常为1 07 1 s 量级； ( 4 ) 瞬态接触，牵引油通过接触区的时间只有1 0 3 s 量级； 在这种情况下，如果按照牛顿流体模型计算弹流油膜牵引力则存在较大的 误差，研究表明，在高压接触区内，牵引油不仅具有粘性而且还具有弹性甚至 塑性，因此牵引油应处于非牛顿流体状态，由此，人们基于理论分析或者模拟 实验的结果提出了各种非牛顿体的流变模型，但是结果表明这些模型所建立的 流变润滑理论都只能够不同程度地解释弹流牵引现象n 引。因此对牵引传动的研 究就需要从理论研究和试验测定两个方面来进行。 1 3 2 理论研究方法 国外早在上世纪五、六十年代就开始了牵引传动的理论研究。那个时候在摩 4 菊1 章绪论 擦学领域中主要有两个重要理论，即r e y n o l d s 润滑理论和h e r t z 接触理论。长期 以来，人们分别地应用这两个理论处理不同接触表面的设计问题。这就是采用 r e y n o l d s 理论对面接触形式下的摩擦副进行润滑设计，而根据h e r t z 理论对点接 触表面进行接触强度计算，但都不能很好解释实际中的润滑问题。直到近四十年 来，人们才将这两个理论成功地统一应用于分析点线接触副的摩擦学问题，这就 是弹性流体动压润滑理论，它是牵引传动的理论基础。 对于面接触牵引传动的理论研究，主要是对雷诺方程或是对简化处理过的雷 诺方程的数值求解。主要的求解方法有：牛顿( 有限差分) 法、牛顿( 有限元) 法、边界元法。 弹流润滑问题，根据接触区的形状，可以分为线接触弹流润滑和点接触弹流 润滑。对于弹流润滑问题的理论研究，主要是求解r e y n o l d s 方程、油膜几何方程、 压粘方程、压密方程和载荷方程等。 对于线接触弹流润滑的各种常用的数值解法，包括逆解法、牛顿( 有限元) 法、牛顿( 有限差分) 法、直接迭代法以及新近发展的复合直接迭代解法。 对于点接触弹流润滑理论常用的数值解法为：直接迭代法、复合迭代法以及 逆解法。此外，和r o h d e 采用的牛顿解法与l u b r e c h t 、t e n 、n a p e l 和b o s m a 提 出的多重网格解法也取得了满意的结果。 总体上来说，逆解法较复杂，且仅适用于重载工况；牛顿迭代法的计算工作 量大，仅适用中载、轻载情况：直接迭代法简单、工作量小，但在重载工况下得 不到问题的收敛解。 1 3 3 试验研究方法 对于流体润滑，早期对它的研究就是基于机车轮轴轴承试验的。1 8 8 6 年o 雷诺在b 托尔的机车轮轴轴承试验的基础上，给出了纳维一斯托克斯方程关于薄 层润滑的特殊形式雷诺方程，将粘性流体动力学理论用于润滑工程的薄层润滑 膜中，从而建立了薄层润滑膜的基本方程。现在对其的试验研究，多是在动压滑 动轴承试验的基础上的研究，国内主要是应用于汽轮机组、涡轮压缩机等叶片机 械的高速径向滑动轴承的润滑设计盯儿婚1 。 山东人学硕十学位论文 对于弹流润滑，国外虽然在早些时候就开始了这方面的研究，但关于牵引传 动中牵引力的试验工作几乎都是在1 9 5 0 年以后进行的。m i s h a r i n ( 1 9 5 8 ) 在重载的 圆盘试验机上检验了在很高的滚动和滑动速度下的摩擦系数值，并根据大量的试 验结果提出了一个在一定条件下计算摩擦系数的近似公式。e 1 一s i s i 和鼢鲥，k i ( 1 9 5 8 年) 在测试油膜厚度的圆盘试验机上测量了摩擦力矩，得到了较大滑动速度下的 摩擦系数。s m o h ( 1 9 5 9 年) 采用斜交式圆盘试验机来测试重载接触区的摩擦力，后 来( 1 9 6 2 年) ，s m i t h 又在改进的斜交式圆盘试验机上，在不同的滚动速度、接触应 力和温度下，对摩擦系数随滑动速度变化的情况进行了测试。并得出随着滑动速 度的增大，摩擦系数增高到最大值，然后降低的结论。c r o o k ( 1 9 6 3 年) 设计了一 台精巧的四盘式试验机，能够在很低的滑动速度下精确地测出很小的摩擦力矩， 得出在一定的条件下，表面牵引力与油膜厚度成正比的重要结论阳3 。 国内近些年来也开展了对牵引传动的实验研究。广州机床研究所的杨文质、 杨四泉等人按g b t 3 1 4 2 在四球机上对本部门生产的u b 系列油的牵引系数进行了 测量。另外，哈尔滨工业大学也研制了双圆盘滚子试验机，并对n 1 5 0 、c 1 、d 2 等国产牵引油牵引系数进行了测量。河南科技大学在自行研制的弹流拖动力试验 装置上对4 1 0 9 航空润滑油进行了点接触拖动系数测试。此外在西安交通大学也研 制了一台双圆盘试验机对润滑油的高压流变性能进行了测试哺3 。 从总体上讲，对牵引传动的试验研究方法主要有四球机法、滚盘式和双圆盘 法。从试验结果来看，前两种研究方法存在结果离散度大、重复测量误差大等缺 点，而后者则克服了上述缺点。因此对于线接触牵引传动宜采用双圆盘研究方法。 在国内目前双圆盘试验机主要有西安交通大学和哈尔滨工业大学研制的双圆盘试 验机和焦作工学院的强新伟研制的双圆盘试验机。对于点接触牵引传动主要有四 球摩擦试验机、滚盘式摩擦试验机以及河南科技大学自行研制的弹流拖动力试验 机【l 们，不过国内目前用于非稳态下点接触形式下牵引传动特性研究的试验机还没有 出现。 6 第1 章绪论 1 4 课题来源及主要研究内容 1 4 1 课题来源 本在对常用牵引传动实验台的分析、研究基础上，对牵引传动机构的用实验台 的改进和分析。 1 4 2 主要研究内容 1 、在h z s 一1 型动压滑动轴承试验台上，对流体动压润滑状态下( 以下简称 面接触形式下牵引传动) 8 号液力传动油的拖动特性进行了实验研究。并对实验数 据进行了分析与处理。 2 、在借鉴了国内外研究点、线接触牵引传动试验机的基础上，设计了一台往 复牵引传动试验机。 3 、利用实验设备往复牵引传动试验机的曲柄摇杆机构作出动力学模型。 4 、对往复牵引传动试验机进行了位移、速度、加速度实验，并对其进行了以 降低试验机振动对试验影响为目的的摆动力平衡的研究。 ， 1 4 3 论文结构 7 8 山东大学硕+ 学位论文 1 第2 章牵引传动荩本理论问题 2 1 引言 第2 章牵引传动基本理论问题 本章主要介绍与牵引传动有关的一些基本理论问题。主要包括润滑状态的分 类，牵引油的粘度以及粘度与压力、温度的关系；牵引油的选用；流体润滑的基 本理论、润滑力学的基本方程- - r e y n o l d s 方程以及简化形式；h e r t z 弹性接触理 论；在对牵引传动牵引力的理论推导中，有关牵引油流变模型的选取、接触区压 力的选取、油膜厚度公式的选取；对面接触形式下摩擦力的理论推导。 在面接触形式下，一般研究的是由油膜的摩擦力而产生的拖动性能。这里油 膜的拖动性能一般与径向载荷w 、牵引油的粘度n 等参数有关。 在点、线接触的牵引传动中，产生于两滚动体之间的牵引力f 与施加于滚动 体的径向载荷形的比值称为牵引系数，用t c 表示，即 庀= 三 缈 牵引系数的大小，标志了牵引传动牵引效率的高低。牵引系数高，说明牵引 传动具有很好的牵引驱动能力，而牵引系数过小则会导致牵引驱动装黄因疲劳破 坏而过早失效。 牵引系数与很多因素有关。在点、线接触形式下与滑滚比s 、径向载荷职 卷吸速度队牵引油的粘度珂、以及温度t e m p 等参数有关。 在牵引传动中，两滚动体转速的平均值称为卷吸速度，即 u = p l + u 2 ) 2 而把两滚动体转速差的绝对值与卷吸速度的比值称为滑滚比，即 s = l u 。- u ：i 肜 2 2 润滑状态及粘度 2 2 1 润滑状态 润滑的目的是在摩擦表面之间形成低剪切强度的润滑膜，用它来减少摩擦阻 9 ij j 东大学硕+ 学位论文 力和降低材料磨损 1 1 o 润滑膜可以是由液体或气体组成的流体膜或者固体膜。根 据润滑膜的形成原理和特征，润滑状态可以分为：( 1 ) 流体动压润滑；( 2 ) 流体 静压润滑；( 3 ) 弹性流体动压润滑；( 4 ) 边界润滑；( 5 ) 干摩擦状态等五种基本 类型。 各种润滑状态所形成的润滑膜厚度不同，但是单纯由润滑膜的厚度还不能准 确地判断润滑状态，尚须与表面粗糙度进行对比。只有当润滑膜厚度足以超过两 表面的粗糙峰( r a 值) 高度时，才有可能完全避免峰点接触而实现全膜流体润滑。 对于实际机械中的摩擦副，通常总是几种润滑状态同时存在，统称为混合润滑状 态。 应当指出：研究各种润滑状态的特性及其变化规律所涉及的学科各不相同，处 理问题的方法也不一样。对于流体润滑状态，包括流体动压润滑和流体静压润滑， 主要是应用流体力学和传热学、振动力学等来计算润滑膜的承载能力及其它物理 特性。在弹性流体动压润滑中，由于载荷集中作用，还要根据弹性力学分析接触 表面的变形以及润滑剂的流变学性能。对于边界润滑状态，则是从物理化学的角 度研究润滑膜的形成与破裂机理。而在混合润滑和干摩擦状态中，主要的问题是 限制磨损，它将涉及到材料科学、弹塑性力学、传热学、化学、物理等内容。 2 2 2 粘度的概念 粘度是流体粘滞性的度量，用以描述流体流动时的内摩擦力。 n e w t o n 最先提出粘性流体的流动模型。他认为流体的流动是许多极薄的流体 层之间的相对滑动，如图2 1 ( a ) 所示。由于流体的粘滞性，在相互滑动的各层 之间将产生剪应力，亦即流体的内摩擦力，由它们将运动传递到各相邻的流体层， 使流动较快的层减速，而流动较慢的层加速，形成按一定规律变化的流速分布。 l