摩擦学的发展 1687 - 5923 1687 - 5915 印度发布公司 278723 10.1155 / 2012/278723 278723 研究文章 用铁磁流体运行弯曲滑块轴承的动态性能特征 辛格 乌达P。 1 古普塔 R. S. 2 菲永 米歇尔 1 应用科学与人文科 Ambalika管理与技术学院 勒克瑙227305 印度 2 数学系 Kamala Nehru理工学院 Sultanpur 228118 印度 2012年 16 8. 2012年 2012年 18. 05 2012年 15 07 2012年 22. 07 2012年 2012年 版权所有©2012 Udaya P. Singh和R. S. Gupta。 这是一篇在知识共享署名许可下发布的开放访问的文章,该许可允许在任何媒介上不受限制地使用、发布和复制,只要原稿被正确引用。

在本文的理论研究中,利用Shliomis模型研究了铁磁流体对弯曲滑动轴承动态特性的影响,该模型考虑了磁颗粒的旋转、磁矩和流体中的体积浓度。得到了轴承动态状态的修正雷诺方程。给出了动态刚度和阻尼特性的计算结果。结果表明,磁粉的旋转作用提高了轴承的刚度和阻尼能力。

1.介绍

在工程技术领域中,滑块轴承常被设计用于承受横向载荷。研究人员对不同形状、不同润滑剂的滑块轴承的性能特性进行了研究。Gupta和Kavita [ 1]分析框架旋转对多孔滑块轴承,辛格和古普田的影响[ 2]研究了枢转的弯曲滑块轴承的性能,用于假塑料和膨胀剂润滑剂,pascovici等。[ 3.]绘制了瑞利步骤滑块,Venkateswarlu和Rodkiewicz中的空化效果的实验证据[ 4.]讨论了考虑滑块终端速度的推力轴承特性,Williams和Symmons [ 5.]分析了非牛顿润滑剂的流体动力滑块轴承的性能,以及Sharma和Pandey [ 6.]对不同形状的滑块轴承性能进行了实验比较。

近几十年的研究表明,使用磁性润滑剂和磁场可以提高轴承的性能,提高其承载压力和载荷的能力[ 7.- 10]。磁性润滑剂广泛应用于阻尼器、密封件、传感器、扬声器、仪表、步进器和涂层系统[ 11]。调查人员使用了Jenkins模型[ 12]为了润滑剂流动。另一方面,shliomis [ 13 14]提出了一种铁磁流体流动模型,其中包括磁性颗粒,磁矩和体积浓度的旋转的影响。RAM和VERMA [ 15]使用Shliomis模型来研究多孔倾斜滑块轴承的性能,并报告了增加的压力和负载能力。Shah and Bhat [ 16使用该模型研究弯曲环形板的基于铁磁流体的挤压膜特性,得到了类似的结果。yamaguchi [ 17[展示了不同润滑条件的Shliomis模型的详细分析和简化。最近,Lin使用了Shliomis模型[ 18.]研究磁场下圆形板挤出膜特性。观察到磁场的体积浓度和强度提供负载能力和方法的增加。

这些研究人员对磁流体润滑轴承的稳态特性进行了分析。然而,磁流体润滑轴承的动态(阻尼和刚度)特性的研究还有待研究,因为它在轴承设计中的重要性。

在本理论分析中,已经尝试研究磁性颗粒粒子旋转和体积浓度对横向均匀磁场存在的磁性流体润滑的弯曲滑块轴承的动态特性的影响。

2.本构方程和边界条件

图中描述了在横向磁场的存在下用磁性流体润滑的弯曲滑块轴承的物理构造 1。假设薄膜润滑理论适用于本分析。

在施加磁场下的弯曲滑块轴承的示意图,其压力中心(C.p.)和枢轴 H C B. / 2

在Shliomis的erroydroynamic流动模型之后[ 13 14[电磁场方程是 (1) × H = 0. H + m = 0. 哪里 H 应用的磁场和 m 是磁化矢量。

具有磁性颗粒内部旋转的不可压缩磁流体的组成方程[ 13 14 17] 是 (2) V. = 0. ρ D. V. D. T. = - P. + η 2 V. + μ O. m H + 1 2 τ S. × S. - 一世 Ω 哪里 V. 是流体速度矢量, ρ 流体密度, T.是时间, P.的压力, η 是悬浮液的粘度, μ O. 为自由空间磁导率, τ S. 是旋转弛豫时间,和 一世 是每单位体积的颗粒惯性矩的总和。局部角度速度 Ω ,平衡磁化 m ,以及内部角矩 S. 被给予 (3) Ω = 1 2 × V. m = m O. H H O. + τ B. 一世 S. × m S. = 一世 Ω + μ O. τ S. m × H 哪里 τ B. 为磁粒子的布朗弛豫时间。

假设滑块无限宽,( 2)在等温条件下的一维流动[ 15 16] 是 (4) X + W. Z. = 0. (5) 2 Z. 2 = 1 η 1 + μ O. m O. H O. G τ - / 4. η P. X 哪里 (6) τ - = τ B. 1 + μ O. τ B. τ S. m O. H O. / 一世 在Langevin关系中,磁化取决于球形粒子系统的磁场强度[ 13 14它被给出为 (7) m O. = N m c α - 1 α α = μ O. m H O. K. B. T. τ S. = 6. η ϕ 一世 τ B. = 3. η ϕ N K. B. T. 哪里 N 是每单位体积的磁性颗粒数量, m是粒子的磁矩, α 是langevin参数, K. B. 是boltzmann常数, T.温度是多少 ϕ 为分散固相的体积分数。

替代( 6.)和( 7.)在( 5.)并引入磁性粘度,额外的粘度( η m )由于磁性粒子的旋转[ 13 14]: (8) η m = 3. 2 η ϕ α - 塔尼 α α + 塔尼 α 5.)可以改写为 (9) 2 Z. 2 = 1 η + η m P. X 积分( 9.)在防滑边界条件下: (10) = Z. = 0. = 0. Z. = H 的表达 获得为 (11) = 1 η + η m P. X Z. 2 - Z. H + 1 - Z. H 替代( 11)在( 4.)在边界条件下集成: (12) W. = 0. Z. = 0. W. = V. = - H T. Z. = H 获得改进的雷诺等式 (13) X H 3. P. X = 6. η + η m H X + 12 η + η m H T. 在这里,有效的粘度 η [ 14] 是(谁)给的 (14) η = η O. 1 + 4. α + 塔尼 α α + 塔尼 α ϕ 哪里 η O. 表示载体流体的粘度。

对于一维弯曲滑块轴承(图 1),薄膜厚度如abramovitz所示[ 19.]以表格: (15) H = H C [ 4. X B. - 1 2 2 - 1 ] + [ H 1 - H 2 1 - X B. ] + H 2 它可以被重写为 (16) H X T. = H S. X + H m T. 哪里 H S. 确定了薄膜的稳态轮廓,给出 (17) H S. = H 1 - H 2 + 4. H C 2 16 H C - H 1 - H 2 + 4. H C B. X + 4. H C B. 2 X 2 H m T. 是否可以给出稳定状态的依赖性最小膜厚度 (18) H m 0. = [ 1 - 1 - R. 2 - 1 - R. 2 16 δ - δ ] H 2 哪里, δ = H C / H 2 R. = H 1 / H 2

介绍无量纲数量: (19) X - = X B. H - = H H 2 H - m = H m H 2 H - S. = H S. H 2 P. - = P. H 2 2 η O. B. T. - = T. B. V. - = B. V. H = D. H - m D. T. - η - = η η O. η - m = η m η O. 改进的雷诺等式可以以无量纲形式表示: (20) X - H - 3. P. - X - = - 6. η - + η - m [ { 1 - 4. δ - R. + 8. δ X - } + 2 V. - ] (21) H - = H - S. + H - m = R. - 1 + 4. δ 16 δ - R. - 1 + 4. δ X - + 4. δ X - 2 + H - m T. 积分( 20.)在压力边界条件下 P. - = 0. X - = 0. 1 ,获得薄膜压力为 (22) P. - = - 6. η - + η - m [ 1 - 4. δ - R. + 2 V. - F 1 X - + 4. δ F 2 X - 1 - 4. δ - R. + 2 V. - ] + C F 3. X - 哪里 (23) F 1 X - = 0. X - X - H - 3. D. X - F 2 X - = 0. X - X - 2 H - 3. D. X - F 3. X - = 0. X - 1 H - 3. D. X - C = 6. η + η m 1 - 4. δ - R. + 2 V. - F 1 1 + 4. δ F 2 1 F 3. 1 通过将膜压力与滑块长度积分得到膜力: (24) F = L. X = 0. B. P. D. X 它采用无量纲形式: (25) F - = 0. 1 P. - D. X - = - 6. η - + η - m [ 1 - 4. δ - R. + 2 V. - 0. 1 F 1 X - D. X - + 4. δ 0. 1 F 2 X - D. X - ] + C 0. 1 F 3. X - D. X - 哪里 F - = H 2 2 / η O. L. B. 2 F

稳态负载容量( F S. )及压力中心( X ¯ ¯ )可以分别在稳定状态下从膜力和膜压力获得(即, H m = H m 0. V. = 0. ) 如下: (26) F S. = [ F ] T. = 0. V. = 0. X ¯ ¯ = 0. B. X P. D. X 0. B. P. D. X T. = 0. V. = 0.

动态阻尼系数 C D. 和动态刚度系数 S. D. 可得为 (27) C D. = F V. T. = 0. V. = 0. S. D. = F H m T. = 0. V. = 0. 占用无量纲形式: (28) C - D. = H 2 3. η O. L. B. 3. C D. = - 12 η - + η - m [ 0. 1 F 1 X - D. X - - F 1 1 F 3. 1 0. 1 F 3. X - D. X - ] T. = 0. S. - D. = H 2 3. η O. L. B. 3. S. D. = - 6. η - + η - m [ 1 - 4. δ - R. 0. 1 { H m F 1 X - } D. X - + 4. δ 0. 1 { H m F 2 X - } D. X - ] T. = 0. + { C 0. 1 H m F 3. X - D. X - } T. = 0. + { C H m 0. 1 F 3. X D. X - } T. = 0.

3.结果与讨论

要研究对弯曲滑块轴承的动态特性的铁流体动力学作用,动态阻尼系数的数值结果( C D. )和僵硬 S. D. 已经计算过。通过使用参数分析磁场的效果 ϕ α 分别为颗粒的体积浓度和朗之万参数。在分析中, α = 0. ϕ = 0. 请参阅“无磁场”和普通润滑剂(非磁性润滑剂)的情况。为了验证现在的结果并提高其实际适用性,简单倾斜滑块的稳态负荷承载能力 δ = 0. 与泰勒和Dowson的结果进行比较[ 20.]在图中 2

平面倾斜滑块稳态承载能力随膜厚比的变化 R. 对于不同的值 α ϕ

本分析中参数的值如下:

(一世) α:0-10,(ii) ϕ: 0 - 1.0, (3) δ:0-0.5和(iv) R.: 1.0 - -2.0,

数字 2给出了无量纲稳态负荷能力随进口膜厚比的变化规律 R. 对于平面倾斜滑块 δ = 0. 与泰勒和Dowson的结果相比[ 20.]。从图中可以清楚地清楚的是,在本分析中获得的厌氧动力学参数的负载承载能力 α = 0. ϕ = 0. 与Taylor和Dowson的结果一致[ 20.]。此外,观察到负载能力随着Langevin参数的增加而增加 α 以及体积浓度参数 ϕ

数字 3.呈现无量纲动态阻尼系数的变化 C - D. 关于体积浓度参数 ϕ 对于Langevin参数 α = 0. 2.5 5. 7.5 10 和曲率参数 δ = 0. 0.5 。观察到动态阻尼系数( C - D. )随着增加的增加而增加 ϕ 在两种情况下:(i)当磁场不存在时( α = 0. )和(ii)施加均匀横向磁场时( α > 0. )。但磁场的存在使阻尼系数增大,且随磁场强度的增大阻尼系数进一步增大( α ),即朗之文参数值越大,阻尼系数值越大 α 。进一步研究了平直滑块和弯曲滑块阻尼系数的变化规律 δ = 0. δ = 0.5 被发现相似。

体积浓度参数动态阻尼系数的变化 ϕ 用于薄膜厚度比 R. = 2 和不同的价值 α

数字 4.呈现无量纲动态刚度系数的变化 S. - D. 关于Langevin参数 α 对于 ϕ = 0. 0.1 0.2 0.3 0.4 和曲率参数 δ = 0. 0.5 观察到用常用润滑剂获得的刚度系数 ϕ = 0. 比铁磁流体润滑油的强度小,而与磁场强度无关 α 。此外,随着铁磁流体分析,刚度随着Langevin参数的增加而增加 α 。同时还可以观察到,刚度随时间的增加而增加 α 以较高的速度达到 α 2 而对于 α > 4. ,增加场强的效应(即增加场强 α )以连续的方式衰变。对于平面滑块和曲面滑块,结果仍然保持不变 δ = 0. δ = 0.5

动态刚度系数随朗之万参数的变化 α 用于薄膜厚度比 R. = 2 和不同的价值 ϕ

4.结论

在本文的理论研究中,研究了横向磁场作用下弯曲滑动轴承的动态特性。采用Shliomis给出的铁磁流体模型,得到了修正的雷诺方程。根据所得到的结果,可以得出以下结论。

横向磁场下的磁流体提供了滑块轴承的动态刚度和阻尼特性的改善。

与常规润滑剂相比,即使磁场不存在,铁磁流体的动态刚度和动态阻尼系数也较高。

在施加的磁场下,刚度和阻尼随着磁性颗粒的体积浓度的增加而增加。

命名法 B.

轴承长度

C D. C - D.

动态阻尼系数, C - D. = H 2 3. / η O. L. B. 3. C D.

F F -

电影力量, F - = H 2 2 / η O. B. 2 L. F

F - S.

无量纲稳态负荷能力

H H -

膜厚度, H - = H / H 2

H m H - m

随时间变化的最小薄膜厚度, H - m = H m / H 2

H S. H - S.

稳态膜厚度, H - S. = H S. / H 2

H

应用磁场

一世

每单位体积粒子惯性矩的总和

K. B.

Boltzmann常数

L.

轴承宽度

m

粒子的磁矩

m

磁化矢量

N

每单位体积的磁性粒子数

P. P. -

电影压力, P. - = P. H 2 2 / η O. B.

R.

H 1 / H 2

S.

内部角时刻

S. D. S. - D.

动态刚度系数, S. - D. = H 2 3. / η O. L. B. 3. S. D.

T. T. -

时间, T. - = T. / B.

T.

温度

V.

速度矢量

V. -

D. H m / D. T.

X X -

坐标距离, X - = X / B.

X ¯ ¯

压力中心

α

langevin参数

δ

H C / H 2

η η -

有效粘度(Shliomis模型) η - = η / η O.

η m η - m

额外的粘度到期磁化, η - m = η m / η O.

η O.

载体液体的粘度

μ O.

自由空间渗透率

Ω

局部角速度

ϕ

分散固相的体积分数

ρ

流体密度

τ S.

旋转松弛时间

τ B.

磁性颗粒的布朗弛豫时间。

承认

作者在此,感谢V. K. Kapur博士

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