用铁磁流体运行弯曲滑块轴承的动态性能特征

摘要

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[2Pascovici等人研究了用于假塑性和膨胀润滑剂的旋转弯曲滑动轴承的性能。[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.]分析了非牛顿润滑油的流体动力滑动轴承的性能，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.]。研究人员使用了詹金斯模型[12.]为了润滑剂流动。另一方面，shliomis [13.那14.[]提出了铁磁流体流动模型，其中包括磁颗粒的旋转、磁矩和体积浓度的影响。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.[[endnoteref: 15]]利用该模型研究了基于铁流的弯曲环形板挤压膜特性，得到了类似的结果。山口(17.]提出了一个详细的分析和简化Shliomis模型的不同润滑条件。最近，Lin使用Shliomis模型[18.[[endnoteref: 15]]研究了圆板在磁场作用下的挤膜特性。研究发现，体积浓度和磁场强度增加了系统的承载能力和接近时间。

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。

经过Shliomis的铁水动力流模型[13.那14.[电磁场方程是 哪里应用的磁场和为磁化矢量。

磁颗粒内旋转不可压缩磁性流体的本构方程[13.那14.那17.) 哪里为流体速度矢量，为流体密度，T.是时间,P.的压力,是悬浮液的粘度，为自由空间磁导率，自旋弛豫时间是多少是每单位体积的颗粒惯性矩的总和。局部角度速度、平衡磁化，以及内部角矩给出了作为 哪里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.那16.) 哪里 在Langevin关系中，磁化取决于球形粒子系统的磁场强度[13.那14.它被给出为 哪里是每单位体积的磁性颗粒数量，m是粒子的磁矩，为Langevin参数，是boltzmann常数，T.温度是多少为分散固相的体积分数。

用(6.）和（7.）在（5.)，并引入磁粘度，即附加粘度()，因磁粉旋转[13.那14.]: （5.）可以重写为 积分(9.）在防滑边界条件下： 的表达获得为 用(11.）在（4.)，在边界条件下积分: 修正后的雷诺数方程为 这里是有效粘度[14.] 是（谁）给的 哪里为载流体的粘度。

为一维弯曲滑块轴承(图1)，膜厚取Abramovitz建议[19.]以表格： 可以写成 哪里确定了薄膜的稳态轮廓，给出 和在稳定状态下，与时间相关的最小膜厚是否可以给定为 在那里,和。

引入无因次量: 修正后的雷诺方程可以用无因次形式表示: 积分(20.)在压力边界条件下在，则得到膜压为 哪里 通过将膜压力与滑块长度积分得到膜力: 它采用无量纲形式: 哪里。

稳态负载能力（)及压力中心(）可以分别在稳定状态下从膜力和膜压力获得（即，和)如下:

动态阻尼系数和动刚度系数可得为 占用无量纲形式：

3.结果与讨论

为了研究铁水动力对弯曲滑块轴承动力特性的影响，本文将动态阻尼系数()和刚度已经被计算。利用参数分析了磁场的影响和分别为颗粒的体积浓度和朗之万参数。在分析中,和分别参照“无磁场”和普通润滑油(非磁性润滑油)的情况。为了验证现有结果，提高其实际适用性，对简易斜滑块的稳态承载能力进行了分析与Taylor和Dowson的结果进行了比较[20.)在图2。

本分析中所取的参数值如下:

(我)α:清廉,(2)ϕ：0-1.0，（III）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对于平面倾斜滑块与Taylor和Dowson的结果比较[20.]。从图中可以清楚地看出，本文对铁水动力参数进行分析得到的承载能力与Taylor和Dowson的结果一致[20.]。随着朗之文参数的增大，其承载能力也随之增大以及体积浓度参数。

数字3.给出了无量纲动态阻尼系数的变化规律关于体积浓度参数朗之万参数和曲率参数。观察到动态阻尼系数（随着…的增加而增加在两种情况下:(i)当磁场不存在时()和(ii)施加均匀横向磁场时()。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()，即朗之文参数值越大，阻尼系数值越大。进一步研究了平直滑块和弯曲滑块阻尼系数的变化规律找到类似的。

数字4.给出了无量纲动刚度系数的变化规律关于Langevin参数为和曲率参数可以观察到，用普通润滑油可以得到润滑油的刚度系数比铁磁流体润滑油的强度小，而与磁场强度无关。此外，通过铁磁流体分析，刚度随Langevin参数的增大而增大。同时还可以观察到，刚度随时间的增加而增加以更高的速率上升到和，增加场强的效应(即增加场强）以顺序方式衰变。结果仍然持续普通和弯曲滑块。

4。结论

在本发明的理论上，在横向磁场的存在下研究了弯曲滑块轴承的动态特性。采用Shliomis给出的铁磁流体模型来获得修改的雷诺方程。根据结果​​，如此获得，已经绘制了以下结论。（1）磁流体在横向磁场作用下改善了滑块轴承的动刚度和阻尼特性。（2）与常规润滑油相比，在无磁场条件下，铁磁流体的动态刚度和动态阻尼系数均较高。（3）在外加磁场作用下，磁颗粒的刚度和阻尼随体积浓度的增加而增大。

命名法

：	轴承长度
：	动态阻尼系数,
：	电影的力量,
：	无量纲稳态负荷能力
：	膜厚度,
：	随时间变化的最小薄膜厚度，
：	稳态薄膜厚度，
：	应用磁场
：	粒子每单位体积的惯性矩的总和
：	波尔兹曼常数
：	轴承宽度
：	粒子的磁矩
：	磁化矢量
：	每单位体积的磁性粒子数
：	电影的压力,
：	那
：	内部角时刻
：	动态刚度系数，
：	时间，
：	温度
：	速度矢量
：
：	坐标的距离,
：	中心的压力
：	朗之万参数
：
：	有效粘度(Shliomis模型)
：	外加磁化粘度，
：	载体液体的粘度
：	自由空间渗透性
：	当地的角速度
：	分散固相的体积分数
：	流体密度
：	旋转松弛时间
：	磁粒子的布朗弛豫时间。

承认

作者在此，感谢V. K. Kapur博士

参考文献

1. R. S. Gupta和P. Kavita，“多孔滑动轴承润滑中的旋转分析:小旋转”，穿，卷。111，没有。3，pp。245-258,1986。视图:谷歌学术搜索
2. U. P. Singh和R. S. Gupta，“关于枢转弯曲滑块轴承的性能：Rabinowitsch Fluid Model，”国家摩擦学会议文集(NTC '11)， IIT Roorkee, 2011年，第24页。视图:谷歌学术搜索
3. “瑞利阶梯滑块空化效应的实验证据”，国立台湾大学机械工程研究所硕士论文。机械工程师学会学报，第J部分第225卷第2期6, 527-537页，2011。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
4. K. Venkateswarlu和C. M. Rodkiewicz，“滑块接近终端速度时的推力轴承特性”，穿第67卷，no。1981年，第341-350页。视图:谷歌学术搜索
5. P. D. Williams和G. R. Symmons，“流体动力滑块推力轴承的非牛顿流体润滑分析”，穿第117卷，no。1, 91-102页，1987。视图:谷歌学术搜索
6. R. K. Sharma和R. K. Pandey，“有限滑动轴承压力分布的实验研究”，摩擦学国际第42卷，no。7，第1040-1045页，2009。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
7. V. K. Kapur，“磁力流体动力枢转滑块轴承，凸垫表面”日本应用物理学杂志，第8卷，no。1969年第827-835页。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
8. M. e.Shimpi和G. M.Veheri，“曲线基于弯曲粗糙环形板的磁体挤出膜的性能研究，”摩擦学国际，第47卷，第90-99页，2012。视图:谷歌学术搜索
9. 磁场中耦合应力流体润滑滑块轴承的最佳承载能力研究，摩擦学国际第31卷，no。7，第393-400页，1998。视图:谷歌学术搜索
10. R. B. Kudenatti，D.P. Basti和N.M.Bujurke，MHD雷诺等方程的数值解挤出膜润滑在两个平行表面之间的数量，“应用数学与计算，卷。218，pp。9372-9382，2012。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
11. K.Raj，B. Moskowitz和R. Casciari，“Ferrofluid技术的进步”，磁性与磁性材料杂志，第149卷，第2期1-2，第174-180页，1995。视图:谷歌学术搜索
12. J.T. Jenkins，“磁性流体理论”，存档为合理的力学和分析第46卷，no。1, 1972年，第42-60页。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
13. M. I. Shliomis，“磁悬浮的有效粘度”苏联物理学，第34卷，第1291-1294页，1972年。视图:谷歌学术搜索
14. M. I. Shliomis，《磁性流体》苏联物理学，卷。17，pp。153-169,1974。视图:谷歌学术搜索
15. P. RAM和P. D. S. Verma，“Ferrofluid在多孔倾斜滑块轴承中润滑，”印度纯数学和应用数学杂志第30卷，no。12，第1273-1281页，1999年。视图:谷歌学术搜索
16. R. C. Shah和M. V.Bhat，“弯曲的环形板之间的钢铁流体挤压薄膜，包括磁性颗粒的旋转”工程数学杂志第51卷，no。4, 2005年第317-324页。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
17. H. Yamaguchi，工程液力学2008年，施普林格，荷兰阿姆斯特丹。
18. 林，“带对流流体惯性力的圆柱挤压膜的铁流体润滑方程的推导及其在圆盘上的应用”，摩擦学国际《中国日报》，第49卷，第110-115页，2012。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
19. S. Abramovitz，“凸垫表面的滑动轴承理论;侧流被忽视。”富兰克林研究所杂志，第259卷，no。1955年第221-233页。视图:谷歌学术搜索
20. C. M.泰勒和D.道森，《湍流润滑理论-设计应用》，润滑技术杂志第96卷第1期1，第36-47页，1974。视图:谷歌学术搜索

版权

版权所有©2012 Udaya P. Singh和R. S. Gupta。这是分布下的开放式访问文章创意公共归因许可证，允许在任何媒体中不受限制地使用、发布和复制原创作品，只要原稿被正确引用。