Page 98 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 孟凡明, 等: 热变形求解及其对高速点接触弹流润滑影响研究 687

1.1 10
Q=180 N, no TD Q=180 N
Q=180 N, with TD Q=351 N
1.0 Q=351 N, no TD 8 Q=606 N
Q=351 N, with TD
0.9 Q=606 N, no TD 6
Q=606 N, with TD
h/μm g c /nm
0.8 4

0.7 2

0.6 0
−1.5 −1.0 −0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 −1.5 −1.0 −0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
x/a x/a
(a) Film thickness (b) Composite thermal deformation
1.2 125
Q=180 N, no TD Q=180 N, no TD
Q=180 N, with TD 110 Q=180 N, with TD
0.9 Q=351 N, no TD Q=351 N, no TD
Q=351 N, with TD Q=351 N, with TD
Q=606 N, no TD 95 Q=606 N, no TD
p/GPa 0.6 Q=606 N, with TD T/℃ 80 Q=606 N, with TD

0.3
65

0.0 50
−4.5 −3.0 −1.5 0.0 1.5 −4.5 −3.0 −1.5 0.0 1.5
x/a x/a
(c) Film pressure (d) Film temperature

Fig. 7 Film thickness, composite thermal deformation, film pressure and temperature at varied applied loads without and with TD
图 7 不同载荷下不考虑和考虑热变形时的的油膜厚度、综合热变形、油膜压力和油膜温度

热容分别为486和582.1 J/(kg∙℃)、导热系数分别为 线向出口位置有一定的倾斜，这是因为热变形主要发
36和46 W/(m∙℃). 使用的润滑油仍为4 050合成航空润 生在靠近出口区位置，即接触中心右侧，如图7(b)所
滑油. 示，因此使接触中心右侧的油膜厚度减小得更多，膜
在本研究中，等效曲率半径R 和R 分别设定为 厚曲线自然地向油膜出口倾斜.
y
x
10和159 mm，接触椭圆的椭圆率k为6.0，该椭圆率与 此外，研究还发现，考虑热变形后，最大油膜速度
球轴承滚球-套圈挤压接触时形成的椭圆率比较接近. 减小，二次压力峰值略微降低，如图7(c)所示，进一步
以下的数值仿真中如无特殊说明，载荷Q设置为351 N 引起靠近出口区处中层油膜温度略微降低，如图7(d)
(对应的Hertz接触压力p 为1.0 GPa)，卷吸速度u 设置 所示.
H
r

为15 m/s，滑滚比s设置为0.1. 4.2 卷吸速度的影响

4.1 载荷的影响 图8(a)给出了不考虑和考虑热变形时卷吸速度对
图7给出了不同载荷下不考虑和考虑热变形时的 油膜厚度的影响. 可以看出，卷吸速度越大，膜厚越
油膜厚度和综合热变形. 由图7(a)可以看出，载荷越 大，膜厚平坦区范围越狭窄. 考虑热变形后，中心膜厚
大，膜厚越小，最小膜厚位置越靠近油膜出口区. 考虑 和最小膜厚均减小，三种卷吸速度下中心膜厚减小的
热变形后，x/a=0处的中心膜厚减小. 当载荷Q分别为 百分比分别为1.04%、1.31%和0.72%，最小膜厚减小的
180、351和606 N时，在不考虑热变形情况下，最小膜 百分比分别为1.32%、1.46%和0.93%；且靠近出口区处
厚分别为0.714、0.672和0.632 μm；在考虑热变形情况 的膜厚减小的程度更大，这是因为该区域热量累积导
下，最小膜厚分别为0.709、0.662和0.621 μm，三者分 致了较大的综合热变形，如图8(b)所示. 另外，随着卷
别减小了0.56%、1.46%和1.80%. 这是因为考虑表面热 吸速度的增大，最大综合热变形量逐渐减小，这是因
变形后，两接触固体表面向油膜区域膨胀，对油膜形 为卷吸速度越大，固体的“热对流”效应越显著(见式
成挤压，使油膜厚度减小. 此外，还可以发现，不考虑 11a和11b的左端项)，使得接触固体温度降低，进一步
热变形时，油膜轮廓底部平坦，考虑热变形后，膜厚曲 热变形减小.