平底直动从动件盘形凸轮机构弹流润滑设计

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1、第26卷第5期机械设计V01．26No．52009年5月JOURNALOFMACHINEDESIGNMav2009平底直动从动件盘形凸轮机构弹流润滑设计廖海平，刘启跃，曾翠华，任红兵(1．西南交通大学摩擦学研究所，四川成都610031；2．中国工程物理研究院工学院，四川绵阳621900)摘要：凸轮与从动件之间存在严重的滑动磨损，导致凸轮的传动精度降低，影响使用寿命。文中探讨应用弹流润滑理论对凸轮基本尺寸进行设计的方法，改善凸轮与从动件间的润滑条件，减少凸轮的过度磨损。关键词：凸轮；弹流润滑；基圆半径；磨损中图分类号：TH112．2文献标识码：A

2、文章编号：1001—2354(2009)05—0071—03平底直动从动杆盘状凸轮机构广泛应用于重载和速度较￡r一接触线长度，m。高的场合。它的失效形式主要是摩擦副表面损伤，较常见的是疲劳磨损、胶合磨损和磨料磨损。从摩擦学的角度来看，平底从动件盘形凸轮的工作条件是非常差的。长期以来，不少研究者都认为它们之间的润滑状态是边界润滑，因此在设计时常把注意力放在恰当选用材料、合理使用添加剂及限制工作循环中的最大Hertz应力等问题上。后来，在生产实践中不断发现，有些凸轮副经过长期运转后，其表面的加工痕迹依然如故。这充分说明它们在运转过程中是能够被润滑油

3、膜隔开的。DysonA⋯曾经指出，着眼于降低最大Hertz应力的设计并不能改善弹流润滑膜的生成。因此，在进行凸轮基本尺寸设计时应该统筹兼顾各方面的要求，改善润滑条件。圈1平底直动盘形凸轮机构近3O年来，人们成功地将雷诺润滑理论和赫兹接触理论考虑到凸轮副通常用钢材制造，矿物油润滑，其弹性模量结合起来，应用于分析点线接触副的润滑问题，并建立了弹性层和压粘指数m的数值变化很小，可看作常数。而单位宽度上流体动力润滑(Elasto-HydrodynamicLubrication)理论，简称弹流的载荷F／对于最小膜厚^的影响很小，可忽略不计，故：润滑(EH

4、L或EHD)理论。国内外也有部分学者“针对弹流hmin=1．6×10／oUR(2)润滑理论对凸轮的设计进行了探讨，但大部分都是在已知凸轮1．2计算参数的确定基圆半径的条件下，应用弹流润滑理论计算凸轮间的最小油膜(1)综合曲率半径R。厚度，且部分探讨存在计算错误。文中探讨了应用弹性流体动凸轮接触点的综合曲率半径为：力润滑理论对凸轮的基本参数进行设计的方法。R=(3)1凸轮弹流润滑理论式中：，R：——分别为凸轮和从动件在接触点处的曲率半径，nl。由于从动件为平底，其曲率半径R：一*，所以综合曲率半1．1最小油膜厚度的计算径R就等于凸轮接触点处的曲率

5、半径。由图1可以看出，平底直动盘形凸轮在工作循环过程中，(2)接触点处对润滑油的卷吸速度U。接触点不断变化，接触点的速度、曲率半径及载荷也不断变化，在工作过程中，接触点在不断地移动，而形成流体动压的因此相应的油膜厚度也是变化的。一般工程应用对凸轮进行有效速度或卷吸速度应当是两接触表面相对于接触点的运动弹流润滑分析时，都是采用Dowson-Higginson的准稳态弹流理速度。接触点沿切线方向的绝对速度等于凸轮形成瞬时曲率论进行处理，凸轮与挺杆间的最小油膜厚度拟合公式为：1．6m。·E,O．O3,70t；o·R。～中心C沿切线方向的速度，即U=t

6、al，所以卷吸速度为：I⋯rain————一Ll、‘n，U=[2R1一(ro+s)](4)式中：m——润滑油压粘系数，IT1／N；式中：——凸轮的角速度。rad／s；叩0——大气压下润滑油动力粘度，N·s／m；rn——凸轮的基圆半径，m；E——综合弹性模量，Pa；s——从动件的位移，m。U——表面的平均滚动速度，m／s；R——接触表面综合曲率半径，m；(3)常压下润滑油的动力粘度．，7。。F——接触面上法向载荷，N；公式(2)中采用的是动力粘度，实际使用中，厂家往往收稿日期：2008—1O一21；修订日期：2008—12一O1基金项目：国家自然

7、科学基金资助项目(50675183)；国家973计划资助项目(2007CB714702)作者简介：廖海平(1971一)，男，四川资阳人，副教授，在职博士研究生，研究方向：摩擦学设计，发表论文15篇。机械设计第26卷第5期给出的是运动粘度，根据动力粘度与运动粘度的关系有：将公式(9)代入公式(6)中，结合公式(7)就可以求得满，70=Vop(5)足相应弹流润滑条件的凸轮最小曲率半径蜀，再利用公式式中：——润滑油的运动粘度，m／s；(9)可得到凸轮相应的最小基圆半径r0p——润滑油的密度，kg／m，对于矿物油的密度一般为850—950kg／m。。3

8、算例1．3设计中使用的最小膜厚计算公式将各参数代入公式(2)，即可以求得在K点接触时凸轮与设计一平底直动盘形凸轮机构，已知凸轮角速度=30从动件之间的