CN113591253A - 一种乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法，包括以下步骤：步骤一：纳米润滑混合油液制备；步骤二：基于蠕动泵定量供油系统的实验系统改进；步骤三：乏油工况纳米润滑滚动轴承实验方案设计；步骤四：纳米润滑混合油液作用下滚动轴承抗磨延寿实验研究。本发明通过提出乏油状态判据并将其应用到实验研究方面，获得高性能滚动轴承抗磨增寿方案，可为高速滚动轴承服役性能的提升提供重要参考。
Description
技术领域
本发明属于高速滚动轴承技术领域，具体涉及一种乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法。
背景技术
高性能滚动轴承作为航空发动机等重大装备的关键部件，其性能的好坏将直接影响到整机的实际工作性能。滚动轴承面临磨损失效等现实问题，其常规处理方法一般为：对于正常疲劳失效说明其轴承的寿命不能满足使用要求则需更换更高性能的轴承；对于腐蚀等引发的失效通常需排除轴承中的诱发腐蚀的液体或改善密封；对于润滑使用不当引发的失效，则需更换润滑油。
在乏油工况下高速滚动轴承经常面临打滑及磨损失效问题，普通的油润滑方式将会使滚动轴承产生较为严重的磨损。
发明内容
本发明提供了一种乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法，解决现有技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法，包括以下步骤：
滚动轴承接触区两表面携带纳米润滑混合液的质量流量为：
mx＝ρ(hau1+hbu2)
式中，ρ为润滑油密度，ha、hb分别为弹流接触区两表面油层厚度，u1、u2为内圈滚道与滚子之间接触点表面平均速度；
将质量流量转化成体积流量为：
式中，mx为质量流量，ρ为润滑油密度；
线接触等温弹流润滑为：
式中，p为压力,h为膜厚,η和ρ分别为润滑油的粘度和密度；
在乏油工况下，将纳米润滑混合液流量与线接触等温弹流润滑相结合，建立滚动轴承接触区油膜厚度和油膜压力分析模型，分析不同工况、体积流量参数作用下滚动轴承接触区油膜厚度h的变化规律；
当油膜厚度减小至摩擦副两表面粗糙峰直接接触时即为润滑失效，采用膜厚比λ作为乏油状态的判断标准：
式中，h为油膜厚度和油膜压力分析模型所得到的不同工况、供油量条件下润滑油膜厚度，R1和R2分别是摩擦副两表面的粗糙度；
通过改变不同工况、供油量以获得不同λ数值，进而对应不同的乏油状态。
进一步的，在特定乏油状态下，调节高速滚动轴承试验机内圈转速，工况设定为0～9000r/min进行实验，分别得到其摩擦系数、磨损量及温升指数，分析数据获得其摩擦磨损时变规律，进而获得高速滚动轴承在乏油工况下的减磨增寿方法。
进一步的，在特定乏油状态下，调节高速滚动轴承试验机径向载荷，工况设定为0～9000N进行实验，进而得到载荷的单一因素不同数值对滚动轴承摩擦系数、磨损量、温度等变化规律的影响机制，进而获得高速滚动轴承在乏油工况下的减磨增寿方法。
进一步的，所述纳米润滑混合液的组分质量分数为：二氧化硅纳米颗粒0.1％～2.5％，余量为基础油制成。
进一步的，基础油选用Mobil DTE 24，二氧化硅纳米粉末的粒径为50nm。
进一步的，所述纳米润滑混合液的制备方法为：首先将基础油加入到反应器中，开启搅拌器；然后加入二氧化硅纳米颗粒到基础油中，搅拌5-10min，即为成品油。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明通过纳米润滑混合油液提出一种乏油工况下高速滚动轴承抗磨延寿方法，揭示纳米润滑剂、乏油状态、运行工况等多因素影响下纳米润滑滚动轴承摩擦磨损规律，获得高性能滚动轴承抗磨增寿方案，将有助于高速滚动轴承服役性能的提升。
2.本发明将二氧化硅纳米颗粒加入润滑液中，不仅具有优异的摩擦学性能，同时作为一种新型环保型添加剂具有可控性好、分散性好等优点。
附图说明
图1是本发明纳米润滑混合油液润滑滚动轴承的实施方案示意图；
图2是本发明纳米润滑混合油液润滑滚动轴承的磨损变化规律示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
第一部分、纳米润滑混合油液制备。
第二部分、基于蠕动泵定量供油系统的实验系统改进。
第三部分、乏油工况纳米润滑滚动轴承实验方案设计。
第四部分、纳米润滑混合油液作用下滚动轴承抗磨延寿实验研究。
本实施例的第一部分中优选粒径为50nm的二氧化硅纳米颗粒，加入质量分数为0.1％～2.5％的纳米粉末与Mobil DTE 24基础油液混合，采用搅拌器连续搅拌5～10min，制得不同粒径和配比的纳米润滑混合油液。同时选取等量不加入任何纳米颗粒的纯油作为实验对照组。
本实施例的第二部分中向高速滚动轴承试验机中加入蠕动泵定量供油系统，将滚动轴承试验机原有的供油进油回油通路关闭，蠕动泵一端连接滚动轴承试验机对轴承进行供油，另一端通向已制备好的纳米润滑混合油液容器进行油液的提取。此处优选WG600F工业智能型蠕动泵，其适用于大流量传输和分装液体进而实现正反、启停、流量调节等基本功能。
本实施例的第三部分为纳米润滑滚动轴承实验方案设计。在上述制备的纳米颗粒混合油液基础上，通过对滚动轴承滚子内圈接触区润滑特性的分析，获得线接触弹流与润滑流量之间的关系。采用润滑油流量表征模型对线接触等温弹流经典计算方法进行改进，综合弹流计算模型与体积流量计算公式得出适用于高速滚动轴承微接触区润滑特性的分析程序。获得油膜厚度分布值并结合膜厚比λ公式获取乏油状态判定依据，研究揭示乏油工况下纳米润滑滚动轴承的抗磨延寿方案。
本实施例的第四部分为纳米润滑混合油液作用下滚动轴承抗磨延寿实验研究，开展实验并得到对不同润滑油量、转速、载荷等因素作用下纳米润滑滚动轴承摩擦系数、磨损量、温度等变化规律的影响机制，通过分析揭示不同粒径和配比纳米润滑混合油液作用下滚动轴承摩擦磨损机理，进而获得高速滚动轴承在不同工况下抗磨延寿机理及其解决方案。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是纳米润滑滚动轴承实施方案示意图，在该方案中将配置好的纳米润滑油液通过蠕动泵及供油管道单独输送给实验轴承，通过蠕动泵调节改变润滑油流量，进而实现不同供油量、转速、载荷等工况下纳米润滑滚动轴承的摩擦磨损规律及减摩延寿机理研究。
图2为纳米润滑滚动轴承磨损变化规律示意图。结果表明随着供油量的增加，滚动轴承磨损量不断减小。通过对比纯油工况，含有50nm纳米颗粒混合润滑油液的实验中轴承磨损量更小，说明50nm颗粒与油液混合能在一定程度上起到减小磨损作用。同时发现在乏油阶段加入纳米颗粒混合油液对轴承的减磨效果大于充分供油时其对轴承的减磨效果。
以上为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (4)
1.一种乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法，其特征在于，包括以下步骤：
滚动轴承接触区两表面携带纳米润滑混合液的质量流量为：
mx＝ρ(hau1+hbu2)
式中，ρ为润滑油密度，ha、hb分别为弹流接触区两表面油层厚度，u1、u2为内圈滚道与滚子之间接触点表面平均速度；
将质量流量转化成体积流量为：
式中，mx为质量流量，ρ为润滑油密度；
线接触等温弹流润滑为：
式中，p为压力,h为膜厚,η和ρ分别为润滑油的粘度和密度；
在乏油工况下，将纳米润滑混合液流量与线接触等温弹流润滑相结合，建立滚动轴承接触区油膜厚度和油膜压力分析模型，分析不同工况、体积流量参数作用下滚动轴承接触区油膜厚度h的变化规律；
当油膜厚度减小至摩擦副两表面粗糙峰直接接触时即为润滑失效，采用膜厚比λ作为乏油状态的判断标准：
式中，h为油膜厚度和油膜压力分析模型所得到的不同工况、供油量条件下润滑油膜厚度，R1和R2分别是摩擦副两表面的粗糙度。
2.根据权利要求1所述乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法，其特征在于，所述纳米润滑混合液的组分质量分数为：二氧化硅纳米颗粒0.1％～2.5％，余量为基础油制成。
3.根据权利要求2所述乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法，其特征在于，基础油选用Mobil DTE 24，二氧化硅纳米粉末的粒径为50nm。
4.根据权利要求2所述乏油工况下纳米润滑高速滚动轴承抗磨延寿方法，其特征在于，所述纳米润滑混合液的制备方法为：首先将基础油加入到反应器中，开启搅拌器；然后加入二氧化硅纳米颗粒到基础油中，搅拌5-10min，即为成品油。
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