基于EHL理论的脂润滑轴承沟道表面缺陷研究

根据脂润滑轴承失效表现形式,分析了滚动轴承沟道表面缺陷产生的原因,建立了球-沟道表面缺陷条件下的脂润滑弹流数学模型和油膜厚度方程,采用数值计算方法分析了不同尺寸的表面缺陷及表面光滑条件下的脂润滑弹流润滑油膜压力和油膜厚度分布规律。结果表明:轴承工作过程中,球-沟道表面会形成位置、尺寸和形状随机分布的凸起和凹坑;相比于光滑表面,缺陷表面会引起油膜压力和油膜厚度显著变化,且对于同类型表面缺陷,随着缺陷尺寸的增大,引起油膜压力和油膜厚度分布变化的规律大致相同但效果增强;表面缺陷均会对轴承润滑脂的润滑效果造成不良影响。     

表面凹坑对点接触脂润滑油膜特性的影响

通过数值计算方法,研究了点接触脂润滑摩擦副表面存在凹坑时油膜厚度和油膜压力的分布规律,并与光滑表面条件下的油膜特性进行了对比。研究结果表明:点接触脂润滑摩擦副表面存在凹坑时,在凹坑边缘位置会出现油膜压力峰,而在凹坑中心周围油膜压力值较低;靠近入口处一侧凹坑边缘位置油膜厚度出现"凹陷"现象,润滑脂流经凹坑时油膜厚度则会"跃升";凹坑引起油膜压力和油膜厚度分布的变化会随着凹坑位置的变化而相应的变化;表面凹坑不利于点接触脂润滑摩擦副的润滑。     

工况对盾构机主驱动轴承润滑特性的影响

以某隧道工程实际工况条件为例,建立盾构机主驱动轴承载荷分布计算模型和等温线接触弹流润滑模型,通过数值分析得到极限工况和占比99.9%的工况条件下盾构机主驱动轴承的油膜厚度及油膜压力分布;依据实际工况条件分析不同工况对轴承油膜厚度、油膜压力的影响规律,以及滚子所处位置不同时滚子负载与油膜压力和膜厚之间的变化关系。结果表明：不同工况下主轴承油膜厚度、油膜压力分布规律相似,均出现二次峰值;同一工况下,随着滚子于主轴承所处位置不同,油膜压力及膜厚最值随滚子负载的增大而减小;同一位置处二者最值随主轴承受力的增大而减小。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

沟道表面纹理对滚动轴承热弹流润滑的影响

为研究沟道表面纹理对轴承润滑性能的影响,建立了滚动轴承的热弹流润滑模型并与动态接触模型进行耦合分析,仿真结果表明该模型可以模拟角接触球轴承在不同表面下的润滑状态并直观反映其润滑特征的变化。通过对比横向、纵向和各向同性3种表面纹理发现：纵向纹理表面形成油膜的能力较好,平均膜厚和最小膜厚均高于光滑表面,且对表面压力、温度和应力的影响较小,相对于光滑表面可以明显改善润滑的效果;横向纹理和各向同性纹理会引起表面压力、温度和应力的剧增;另外,增大纹理波长或减小纹理幅值均会降低接触区压力,增大膜厚,减小温升,降低最大Von Mises应力,选择合适的纹理波长和幅值有利于提升轴承润滑性能。     

高速铁路轴箱轴承接触润滑机理

基于高速铁路客车轴箱系统多界面接触力学分析模型,在轴箱轴承工况条件下,分析轴箱轴承滚动体与内、外圈间的接触载荷分布情况;建立高速铁路客车轴箱双列圆锥滚子轴承脂润滑弹流模型,并采用有限差分法数值解法。数值计算结果与最小膜厚公式获得的最小膜厚度进行比较,而最大润滑压力与相应的赫兹应力进行了比较。结果表明,在给定运行工况条件下,随着运行速度的增大,轴承滚道润滑接触形成的油膜压力减小,油膜增大;而当轴承载荷增大时,其油膜厚度减小,润滑压力增大。     

脂润滑轮毂轴承弹流润滑数值分析

基于Ostwald模型建立脂润滑控制方程,运用多重网格法求得等温线接触脂润滑弹性流体动力润滑数值解,得到钢球-沟道的压力分布、油膜形状及最小油膜厚度。针对轿车轮毂轴承的典型应用工况条件,分析工况参数对油膜压力分布和油膜形状的影响。结果表明:脂润滑弹流膜具有与油润滑膜相同的二次压力峰和出口颈缩现象。在轿车轮毂轴承可能的承载条件下,随着载荷的减小,二次压力峰的高度降低,其位置向入口区移动;一定承载条件下,速度增加时,膜厚相应增加,油膜的平行部分缩短,二次压力峰的高度增加,其位置也向入口区移动;一定承载和卷吸速度下,润滑脂流变参数增大时,二次压力峰的高度升高,其位置向入口区移动,膜厚相应增加。     

修形滚子凸型对润滑油膜的影响

本文以滚子类轴承为研究对象,初步探讨了等温油润滑条件下,三种光滑表面修形滚子凸型对有限长线接触弹流油膜形状、油膜厚度和油膜压力分布的影响,其结果可为工程上确定最优修形滚子凸型提供更为充分的理论依据。     

限制空间中的弹性流体动压润滑

在经典的弹性流体动力润滑理论分析中,油膜压力的计算要满足载荷平衡条件,而这一条件并不适用于发生在限制空间中的弹流润滑,当弹流润滑发生在限制间隙中,油膜的承载力会随工作参数的变化而变化。对限制间隙条件下等温线接触弹流润滑问题进行数值分析,研究油膜厚度及压力的变化规律。结果表明:在限制间隙等温线接触弹流润滑条件下,油膜厚度及压力随速度参数以及材料参数的增加而增加,而限制间隙增加时,膜厚增加,压力减小。根据数值分析结果,拟合出限制间隙条件下的膜厚计算公式,该公式有较小的计算误差。     

圆柱滚子轴承的极限偏斜角判定方法研究

提出一种判定全膜弹流润滑下圆柱滚子轴承滚子极限偏斜角的方法。以NU206E圆柱滚子轴承为研究对象，建立偏斜状态下的有限长线接触弹流润滑模型，通过拟合偏斜角与最小油膜厚度的关系曲线，结合膜厚比公式，探究全膜弹流润滑下的滚子极限偏斜角。结果表明：当滚子偏斜后，滚子与滚道间的油膜压力和油膜厚度分布不再关于Y=0截面对称，而是一端油膜压力增大、油膜厚度减小，另一端相反，并且压力的变化更为明显，引起了接触压力集中的现象；随滚子偏斜角的增大，最小油膜厚度减小，压力集中于一端的现象越加明显；当滚子偏斜角大于极限偏斜角时，轴承不再处于全膜弹流润滑状态，润滑效果变差。研究成果可为偏斜状态下轴承润滑状态的判断提供参考。     

考虑轴颈偏斜的多瓦径向滑动轴承热流体动力润滑分析

建立考虑轴颈偏斜的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,求解轴瓦表面当量弹性变形,计算得到轴颈偏斜时的瓦块油膜厚度、油膜压力分布和瓦面温度分布等,并对比分析无轴线偏斜和有轴线偏斜情况,得到多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热弹流润滑性能差异.结果表明,TEHD模型下,轴颈偏斜会导致轴承油膜厚度、油膜压力和瓦面温度等分布在轴向不对称,并且导致轴承油膜厚度明显减小.     

自旋对角接触球轴承弹流润滑与油膜刚度的影响

根据角接触球轴承自旋运动特征，同时考虑弹流润滑效应，建立角接触球轴承考虑自旋运动的弹流润滑模型；采用多重网格法求解弹性变形，利用有限差分法迭代求解雷诺方程，得到较为精确的数值解；分析不同赫兹接触压力、滚道表面粗糙度下自旋对角接触球轴承弹流润滑和油膜刚度的影响。结果表明：考虑自旋时随着Hertz接触压力、自旋角速度增大，油膜厚度减小，油膜压力增大，油膜承压区域呈细长状，并向接触中心靠近；随着滚道表面粗糙度幅值增大，油膜压力和膜厚均出现了波动，且考虑自旋运动时，轴承油膜厚度明显减小，油膜局部压力峰值更大；随着卷吸速度、润滑油黏度增大，油膜刚度减小，而考虑自旋运动时油膜刚度值更大；随着自旋角速度增大，油膜刚度逐渐增大。     

考虑滚子表面缺陷的滚动轴承动态微观润滑研究

滚动轴承中,滚子表面材料的剥落或是黏附会引起失效。为研究轴承滚子-套圈间的表面缺陷效应,基于缺陷滚子的有限长线接触问题,建立了动态微观弹流润滑模型,给出了表面凸起和凹坑两种点缺陷,分析了滚子表面缺陷对轴承润滑性能的影响,比较了缺陷滚子与内外圈接触时的润滑特性、时变解与准稳态解的差别,并讨论了缺陷尺寸和形状。结果显示,滚子的表面缺陷进入Hertz接触区,将显著影响润滑特性:凸起缺陷处油膜压力升高、油膜减薄,而凹坑缺陷处油膜压力和厚度均增大;当凸起缺陷位于出油口颈缩位置时,产生最大的油膜压力和最小的油膜厚度,润滑特性较差。与外圈的润滑特性不同,缺陷滚子与与内圈接触时油膜更薄,压力更高。与时变解相比,准稳态数值解油膜压力更低,而油膜更厚,在表面凸起位置尤甚,因此,不能用准稳态数值解代替时变解。研究同时表明:缺陷尺寸和形态对润滑性能影响显著。     

单个微坑对圆锥滚子热弹流润滑的影响

利用多重网格法和多重网格积分法研究了表面单个微坑对圆锥滚子热弹流润滑的影响,比较了光滑表面及单个微坑表面的热弹流润滑结果,分别讨论了单坑的坑深和坑径、速度及载荷变化对膜厚及压力的影响。结果表明,油膜厚度和油膜压力在单坑接触区增大,温度基本保持不变;坑深越大,凹坑弧度越小时,油膜厚度和油膜压力变化趋势越大。     

变截面密封圈弹流润滑数值计算

变截面密封圈的密封面接触边界为波形曲线,油膜厚度在动密封面间的周向和轴向方向上都是变化的,目前的研究都没能更好地揭示出此类密封圈的动压润滑特性。建立能够反映截面随波形变化的三维模型,应用ANSYS软件APDL语言编写变截面密封圈弹流润滑数值计算程序,实现润滑方程与弹性变形方程的迭代求解,得到变截面密封圈油膜压力和油膜厚度的三维分布,以及油膜厚度分布规律与润滑边曲线之间的关系;研究初始压缩率对油膜厚度和分布的影响。结果表明,变截面动密封油膜厚度在密封面曲线波峰处油膜最厚,在波谷处最薄;变截面密封圈的密封面与轴之间非全膜润滑,油膜破裂多发生在轴向外边界和润滑曲线的波谷处;初始装配压缩率对动密封油膜厚度及分布影响较大,初始压缩率过大或过小,都会导致密封效果变差。     

连续波状粗糙度对直齿轮热弹流润滑的影响

工程实践中没有理想光滑的表面,在齿轮弹流润滑中,油膜的厚度通常与某些切削工艺形成的金属表面粗糙度处于同一数量级,所以表面粗糙度对齿轮弹流润滑的影响是不应该忽略的。在考虑不同啮合点处的曲率半径、卷吸速度、轮齿载荷随时间变化的基础上,考虑轮齿表面连续波状粗糙度对弹流润滑的影响,利用多重网格技术求得齿轮瞬态微观热弹流润滑的完全数值解。结果表明,连续波状粗糙度会造成齿轮瞬态弹流润滑的油膜压力和温升产生振荡,并使最小膜厚变薄,最高压力变大,最大温升增大。轮齿间振荡的高压和高温会造成齿轮振动疲劳破坏,所以连续的波状粗糙度对齿轮的润滑是不利的。     

多点接触乏油弹流润滑模型及试验研究

为探讨多点接触乏油弹流润滑机制,基于球与滚道接触区域的排油和补油平衡,建立适用于不同润滑状态的油膜厚度计算模型,可以计算从充分供油、乏油到干涸乏油的中心膜厚以及油膜不平衡时中心膜厚随滚动次数的衰减。利用自制的球-盘接触光干涉弹流试验装置,通过安装双镜筒同时获取相邻球的油膜图像,研究多点接触中相邻球的轨道重合和不重合时前球尾迹对后球油膜图像和中心膜厚的影响。结果表明:乏油润滑条件下,前后球的轨道不重合时轨道之间可相互补油;前后球的轨道重合时,在给定供油条件下,随着滚动线速度增加,入口弯液面逐渐靠近接触区域,中心油膜厚度增加,与相同工况下乏油润滑模型计算的膜厚对比吻合较好,验证了所建乏油润滑模型的正确性。     

考虑惯性力的无限长线接触热弹流润滑数值分析

运用一种新的数值方法研究了油润滑条件下无限长线接触热弹流润滑在考虑惯性力这一因素时,油膜厚度、压力和温度的变化情况,结果表明惯性力对油膜的压力、膜厚以及温度的影响不大.     

轧机油膜轴承润滑理论研究进展

结合轧机油膜轴承的润滑特点,综述轧机油膜轴承润滑理论的研究进展,同时结合低速重载轧机油膜轴承的工况特点,指出轧机油膜轴承润滑理论研究的主要发展方向.轧机油膜轴承的润滑理论研究已从刚流润滑、热流润滑、弹流润滑发展到热弹流润滑理论的阶段,但对低速重载油膜的多场耦合润滑机制还缺乏深入的研究.使用磁流体润滑油膜轴承,可避免巴氏合金蠕变对油膜润滑特性的影响,保证润滑油膜的完整性,是轧机油膜轴承的发展方向之一.     

表面粗糙度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响

为了揭示表面粗糙度对圆柱滚子轴承线接触稳态弹流润滑性能的影响,本文建立了具有表面粗糙度的圆柱滚子轴承弹流润滑模型,并推导出了摩擦系数方程;采用有限差分法求解了圆柱滚子轴承的弹流润滑性能,并分析了余弦粗糙度幅值、波长和纹理角度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响.数值结果表明:随着粗糙度幅值的增大,油膜厚度和油膜压力在粗糙度波峰波谷处的波动增大;随着粗糙度波长的增大,油膜厚度逐渐减小,油膜压力的波动逐渐减小;横向粗糙度更有利于提高承载能力,降低摩擦系数.因此,在合理的范围内增加粗糙度的幅度和波长,采用交叉纹理,有利于提高圆柱滚子轴承的弹流润滑性能.