本發(fā)明涉及潤滑脂性能測定技術領域，特別是涉及一種超高剪切應變率潤滑脂流變模型。

背景技術：

潤滑脂在外力作用下流動和變形的能力稱為潤滑脂的流變特性。因為潤滑脂是非牛頓流體，所以它的流變特性很復雜。隨著科技的發(fā)展，改善高速軸承運動精度和壽命的問題越來越急迫。潤滑脂的流變特性決定了高速軸承的摩擦特性，進而影響軸承的壽命和軸承運動精度。因此，研究高速軸承潤滑脂的流變特性具有重要意義。眾所周知，當在潤滑脂上作用剪切力時，潤滑脂復合纖維結構重新定向，潤滑脂的整體流動性提高，為了描述這種特性，提出了許多流變模型。

Sasaki首先利用Bingham模型描述了潤滑脂的流變模型。1972年Kauzlarich等人提出了相對完整的彈流理論，他利用Herschel-Bulkley本構方程得到線接觸下潤滑脂的流變方程。Bauer等人提出了四參數流變模型。直到現在，潤滑脂流變特性和流變模型的研究還沒有取得很大的進展。Goncalves和Gonz á lez利用MRC301流變儀完成了流變特性的測量。測量了在線彈性區(qū)域(剪切應變率小于1s^-1)的儲能模量和損耗模量。Cousseau Tiago用冪律模型測量了潤滑脂表觀粘度隨剪切應變率的變化，用MCR501流變儀進行的實驗表明，剪切應變率范圍在3×10^-3-10²s^-1時冪律模型可以滿意地描述流變曲線。

然而由于旋轉流變儀的結構的限制，現有技術中對潤滑脂的剪應變率研究均是在小于10⁴s^-1的范圍進行。在實際應用中,許多潤滑脂尤其是高速軸承潤滑脂,經常工作在剪應變率高達10⁶s^-1的條件下。由于潤滑脂的非牛頓特性，使得潤滑脂的流變特性強烈依賴于剪切應變率?，F有的流變學測量和流變模型對于高速軸承，剪切應變率從10⁴到3.5×10⁶s^-1的流變特性沒有參考意義。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種適合超高剪切應變率潤滑脂流變模型。

為實現本發(fā)明的目的所采用的技術方案是：

一種超高剪切應變率潤滑脂流變模型，為

其中,參數a、n和b計算公式如下：

a＝3.079×10^-9P₀^1.2586(η₀U/ER)^-0.7801

n＝0.8542(P₀/E)^0.0558(η₀U/ER)^-0.0533

b＝1.5879×10^-19P₀^2.0355(η₀U/ER)^-1.5738

P₀是最大赫茲接觸應力，E為等效彈性模量，E₁、E₂分別是兩接觸件的彈性模量，E＝E₁E₂/(E₁+E₂)，R為等效半徑，R₁和R₂分別為兩個接觸件的半徑，R＝R₁R₂/(R₁+R₂)，η₀是待求潤滑脂的基礎油在環(huán)境溫度下的運動粘度，U是滾動速度，U＝(U₁+U₂)/2；U₁、U₂分別為兩接觸件接觸點的線速度。

所述的流變模型適合剪切應變率從0～3.5×10⁶s^-1的流變數據。

所述的潤滑脂為鋰基潤滑脂。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的模型構建便利，基于的參數易獲得，而且經超高剪切應變率流變儀上測量，驗證該模型具有很高的精確度，尤其適合剪切應變率從0～3.5×10⁶s^-1，甚至更高的流變數據。

(2)本發(fā)明的模型具有很大的適用性，適合于任何發(fā)生相對滾動且伴有滑動的兩個接觸件之間潤滑脂剪應力的求解。

(3)模型建立后，可以用來積分求解潤滑脂的摩擦力，潤滑脂的摩擦力是潤滑脂研發(fā)和軸承設計必需的重要參數之一。尤其對復雜的鋰基油脂具有很高的適用性。

附圖說明

圖1所示為滾動速度20米/秒，在不同接觸壓力下剪應力--剪切應變率曲線；

圖2所示為滾動速度25米/秒，在不同接觸壓力下剪應力--剪切應變率曲線；

圖3所示為滾動速度30米/秒，在不同接觸壓力下剪應力--剪切應變率曲線；

圖4所示為滾動速度35米/秒，在不同接觸壓力下剪應力--剪切應變率曲線；

圖5所示為滾動速度40米/秒，在不同接觸壓力下剪應力--剪切應變率曲線；

圖6所示為滾動速度20米/秒和40米/秒，在不同接觸壓力下剪應力--剪切應變率曲線及四參數模型預測曲線。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的超高剪切應變率潤滑脂流變模型，為

參數a、n和b計算公式如下：

a＝3.079×10^-9P₀^1.2586(η₀U/ER)^-0.7801

n＝0.8542(P₀/E)^0.0558(η₀U/ER)^-0.0533

b＝1.5879×10^-19P₀^2.0355(η₀U/ER)^-1.5738

P₀是最大赫茲接觸應力，E為是等效彈性模量，E₁、E₂分別是兩接觸件，如球、盤的彈性模量，E＝E₁E₂/(E₁+E₂)，R為等效半徑，R₁和R₂分別為兩個接觸件的半徑，R＝R₁R₂/(R₁+R₂)，η₀是潤滑脂的基礎油在環(huán)境溫度下的運動粘度，環(huán)境溫度即為測量設備所在空間的溫度，一般在20攝氏度-30攝氏度，U＝(U₁+U₂)/2是滾動速度，U1、U2分別為兩接觸件接觸點的線速度。所述的流變模型適合剪切應變率從0～3.5×10⁶s^-1，甚至更高的流變數據。

驗證用實驗采用的超高剪切應變率流變儀的性能如下:1)剪切應變率范圍是從0～8×10⁷s^-1。2)最大赫茲接觸壓力從0.8GPa到1.5GPa。3)球試件和盤試件都是GCr15加工而成，它們的平均表面粗糙度σ小于0.02μm，E₁＝E₂＝2.07×10¹¹Pa；R₁＝0.01m；R₂＝0.035m。4)接觸區(qū)域處于完全彈流潤滑，表面粗糙度對球和盤之間的剪切應力沒有影響。

驗證模型試驗用的潤滑脂通過一個氣壓供脂裝置，將新鮮的潤滑脂涂在兩接觸件即球和盤試件的接觸區(qū)。滾動速度為U，U＝(U₁+U₂)/2，其中U₁和U₂分別為球、盤表面接觸點的線速度，U₁、U₂可以通過調節(jié)水平電主軸、豎直電主軸的轉速結合球、盤的半徑得到。球、盤在接觸點處的線速度之差被稱為滑動速度ΔU，ΔU＝U₁-U₂，滑動速度剪切潤滑脂的油膜產生摩擦力。

其中，所述的球由水平電主軸帶動，所述的盤由豎直電主軸帶動，液壓驅動所述的水平電主軸向上運動以在球和盤之間產生一個接觸載荷，所述的接觸載荷是通過固定在液壓加載系統下方的載荷傳感器測量，所述的水平電主軸受驅動在水平方向轉動。具體該裝置與CN104634731A相似，具體不復贅述。

試驗用的油脂是由SKF公司生產的LGLT。LGLT潤滑脂屬于高速潤滑脂，基礎油是合成油。在常溫下，基礎油的動態(tài)粘度η₀＝0.05Pa·s，黏壓系數α＝1.80×10^-8Pa^-1。

測試條件模擬的SKF滾動軸承的工況如下:滾動速度:20m/s，25m/s，30m/s，35m/s，40m/s。最大赫茲接觸壓力P₀:0.8GPa，1.0GPa，1.2GPa，1.35GPa，1.5GPa。剪切應變率:0～3.5×10⁶s^-1。試驗潤滑脂溫度：25℃。通過以上測試工況的不同組合，可以得到25組描述剪應力隨剪應變率變化的流變曲線,如圖1～5,各點表示測試數據,橫坐標為剪切應變率，縱坐標為剪應力，實線為本發(fā)明的模型預測值。圖6所示為滾動速度20m/s和40m/s，在接觸壓力分別為0.8GPa和1.5GPa下剪應力--剪切應變率曲線及四參數模型預測曲線，其中，各點表示測試數據,橫坐標為剪切應變率，縱坐標為剪應力，實線為四參數模型的預測值。

從圖1-5可以看到，隨著剪切應變速率的增加，剪應力先是線性增加,然后非線性增加,最后隨剪切應變率增加剪切應力略有減小。當剪切應變率超過1.5×10⁶s^-1時,隨著剪切應變率的連續(xù)增加剪切應力略有下降。這是因為剪應變率過大，導致潤滑脂結構被破壞，這時潤滑脂的剪切性能主要取決于基礎油。熱效應導致基礎油的粘度降低，使得剪應力-剪應變曲線在高剪應變率時開始下降。

從實驗數據中可以看出，本發(fā)明的模型預測精度較高，尤其是在高剪切應變率，如1.5×10⁶s^-1到3.5×10⁶s^-1，結合圖1、圖5和圖6，可以看出本發(fā)明的模型比四參數模型有更高的預測精度。利用本發(fā)明的模型，可有效對潤滑脂的設計和軸承設計提供指導。本發(fā)明的模型具有很大的適用性，適合于任何發(fā)生相對滾動且伴有滑動的兩個接觸件之間潤滑脂剪應力的求解。模型建立后，可以用來積分求解潤滑脂的摩擦力，潤滑脂的摩擦力是潤滑脂研發(fā)和軸承設計必需的重要參數之一。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。