航空发动机高速球轴承中剪切变稀非牛顿流体润滑剂的润滑特性

《Journal of Vibration and Control》：Lubrication characteristics of shear-thinning Non-Newtonian lubricants in aero-engine high-speed ball bearings

　　

摘要

航空发动机通常采用低粘度润滑油以提高低温流动性和冷却效率，同时降低摩擦损失。然而，润滑油在高转速下的剪切变稀行为会降低油膜厚度和承载能力，导致混合润滑状态。本研究提出了一种幂律弹性流体动压润滑（EHL）模型，用于研究航空发动机高速滚动轴承的润滑特性。在等温条件下分析了润滑油的流变性能。提出了一种复合迭代方案以提高计算效率，并通过表面变形分析仔细确定了网格尺寸和计算域。最后，通过数值模拟考察了运行参数和模型参数对油膜厚度和压力分布的影响。结果表明，剪切变稀会降低油膜厚度但稳定油膜压力。幂律指数从1.00降至0.95时，油膜厚度减少约30%。提高润滑油粘度在改善油膜厚度方面比提高转速或降低载荷更为有效。将垂直载荷从1900 N增加到5000 N时，最小油膜厚度减少2×10^?5 μmN^?1，而将动力粘度从3.5 cP提高到5.5 cP时，油膜厚度增加0.15 μm·cP^?1。剪切变稀润滑油在入口处保持高粘度，而在出口处表现出低粘度和较低的剪切应力。这种自调节粘度有利于油膜形成并缓解粘性加热，从而增强高速轻载荷条件下的润滑效果。

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