潤滑特性におけるエッジ効果

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本研究では、従来の弾性流体潤滑理論を拡張して、滑り運動する機械要素のエッジ曲率半径の影響を数値計算によって求め、潤滑特性に及ぼすエッジ曲率半径ならびにエッジ部の摩耗形状の影響を明らかにすることを目的として以下のことを行なった。1.解析方法 計算モデルを無限幅の直方体の両端に小さな曲率半径をもたせた形状にし、この形状の代表寸法による無次元化と離散値化メッシュの取りかた以外は従来の線接触EHLの数値計算法と同じである。計算の初期値としては、断面が四次曲線の端面をもつ直方体を平面に固体接触させたときの圧力分布を用い、油膜厚さは適当な値を用いた。2.計算結果 まず、エッジ曲率を一定にし荷重と速度の影響を調べたところ、速度を小さく荷重を大きくすると油膜厚さが薄くなり、エッジ付近での応力集中が起こりやすくなることがわかった。平坦部では凹面状の弾性変形が起こっているが、圧力が低いためにその変形量は小さく、従来のハ-ドEHLとは異なった結果になった。次に、この形状で傾けて滑らせた場合を調べたところ、正のくさび状態はエッジでの応力集中がなくなり、油膜厚さが厚くなっているのに対し、負のくさび状態では入口側のエッジ付近だけに応力がさらに集中し、油膜厚さが極端に薄くなっているのがわかった。この時、荷重を支えている部分では、弾性変形により油膜厚さがほとんど平行になった。最後に、エッジの曲率の影響を調べたところ、油膜厚さにおよぼすエッジ曲率半径の影響が曲率半径の小さいところで顕著であることが明らかになった。3.今後の展開 本研究で調べた条件のうち、最も厳しい負のくさび状の潤滑状態について詳しく研究する予定。