滚子副温度对润滑性能的影响

针对工作环境、温度变化较大的机械装备中滚子副温度与供油温度的差异,提出处理滚子副温度与供油温度不同时热弹流润滑问题的方法.压力的求解采用多重网格法,膜厚的求解采用多重网格积分法,温度的求解采用逐列扫描技术,给出有限长线接触热弹流润滑问题的完全数值解.研究滚子副温度与供油温度相同和不同时滚子副的润滑特性,讨论滚子副温度、滑滚比和速度参数对齿轮、滚动轴承等机械零件润滑性能的影响.结合滚子副温度高于或低于供油温度的实例,与常规润滑(滚子副温度与供油温度相同)结果进行比较.结果表明,润滑膜厚度取决于滚子副温度而非供油温度.滑滚比对油膜压力与厚度影响不大,但对油膜温度影响显著.与低速相比,高速条件下滚子副温度对中心油膜温度的影响较弱,而对油膜厚度的影响较大.     

斜齿圆柱齿轮的热弹流润滑理论

将斜齿圆柱齿轮在某一啮合瞬时啮合线上的热弹流润滑问题近似等效为两反向圆锥滚子的准稳态热弹流润滑问题。应用多重网格法和逐列扫描法数值求解一对斜齿圆柱齿轮某啮合瞬时的准稳态热弹流润滑现象。结果表明：第一,斜齿圆柱齿轮接触线上各点的压力、膜厚、油膜温度和两齿面的温度均不相同,且温度分布的差异较明显。在接触区内,最低温升接近于零,最高温升则超过100 K。这是由于压力和膜厚的分布主要取决于沿滚子长度方向各点等效半径的分布曲线,而温度的分布则主要由沿滚子长度方向各点滑滚比的取值而定。第二,端部修形虽然可以降低端部高压和高温,但端部的压力和温度仍比中部高,膜厚比中部薄。对应到两齿面上,油膜中压力和温度较高,厚度较薄的位置最易发生点蚀和胶合破坏。     

倒角参数对滚子弹流润滑性能的影响研究

工程上常对滚子摩擦副的滚子进行端部倒角,倒角参数包括倒角长度与倒角半径。取润滑油为Eyring流体,用多重网格技术研究了此类滚子的弹流润滑性能,研究表明:最小膜厚位置可能出现在修形起始位置和滚子最边缘。当最小膜厚出现在修形起始位置时为正常工作状态;当最小膜厚出现在滚子最边缘时膜厚很薄,即将润滑失效。进而分别讨论了倒角长度和倒角半径对弹流润滑性能的影响,研究表明:应根据工况参数通过弹流计算设计端部倒角参数,以优化滚子的润滑状态和载荷分布,实现全膜润滑。     

有限长线接触非牛顿热弹流润滑分析

建立有限长圆柱滚子的非牛顿流体热弹流润滑模型,选取Ree-Eyring流体和Power-Law流体进行有限长线接触弹流润滑分析。研究表明:随着接触线长度增大,端部效应减弱;Ree-Eyring流体特征剪切力对润滑温升和剪切力影响较大,而对润滑压力与膜厚影响甚微;Power-Law流体随指数增大,润滑膜厚明显降低;随载荷、转速升高,热解与等温润滑结果差异增大,热效应对摩擦因数的影响尤其显著。     

线接触弹流润滑综合数值分析

应用多重网格法和多重网格积分法数值求解rNewton流体和Ree-Eyring流体线接触等温和热弹流润滑问题，分析了滑滚比对摩擦因数的影响，指出了润滑油的流变性和热效应对线接触弹流润滑油膜粘度的影响，以及不同滑滚比时压力、膜厚和温度的分布规律。结果表明：等温润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加而增加，热弹流润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加先增加后减小，热效应和非牛顿流体的剪稀作用均会使润滑油的等效粘度降低，从而影响摩擦因数；热效应的存在使油膜变薄，且在所讨论的工况条件下Newton流体的膜厚比Ree-Eyring流体的稍薄，热效应使第二压力峰变矮，且Ree-Eyring流体的第二压力峰矮于Newton流体的第二压力峰；纯滚动时，Ree-Eyring流体的温度比Newton流体的温度高，有滑滚比时，Newton流体的温度比Ree-Eyring流体的温度高，且油膜的温度随滑滚比的增加而增加。     

球面滚子的热弹流研究

采用有限长弹流润滑模型分析研究了球面滚子的润滑问题。研究表明:当实际接触长度小于名义接触长度时,球面滚子的润滑具有点接触弹流特征;随椭圆比或载荷的增大,球面滚子的润滑状态由点接触润滑状态向线接触润滑状态转变,出现端部压力升高和端部膜厚减小的现象,并且边缘效应的出现总是与端部膜形闭合效应的消失相对应,得出了设计此类接触副时应保证足够的名义接触长度的结论。     

指数率流体热弹流润滑分析

应用多重网格技术,求得了指数率非牛顿流体线接触热弹流润滑的数值解,分析了油膜压力、厚度和温度等随流变指数、速度参数、滑滚比及载荷参数的变化关系,并与相同工况下的等温解进行了比较。结果表明,随着流变指数的增加,油膜厚度和温度、入口处的当量粘度、最小膜厚、中心膜厚和最大温升均增大,而油膜压力和摩擦因数的变化较小。指数率流体弹流润滑问题的热效应不可忽略;与压缩功项相比,油膜能量方程中的热耗散项对温度的影响最大。同时,无量纲速度参数、滑滚比和载荷参数等均影响热弹流润滑特性。     

滚滑比对滚动轴承摩擦性能的影响研究

采用多重网格法进行了非牛顿流体的等温线接触弹流润滑和线接触热弹流润滑的数值计算,分析了热效应和不同圆柱滚子转速下的滚滑比对滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度和压力分布的影响;基于滚滑摩擦基础性能试验台,进行了试验并研究了不同圆柱滚子转速下滚滑比对圆柱滚子-轴承内圈摩擦副摩擦性能的影响。结果表明:滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度随着滚滑比的增大不断减小,随着圆柱滚子转速的增大不断增大,且线接触热弹流润滑工况下的润滑油的油膜厚度明显小于等温线接触弹流润滑工况下的油膜厚度;随着圆柱滚子转速的增加,油膜压力不断降低,当圆柱滚子转速较大时,油膜压力受转速影响较小;在不同的圆柱滚子转速下,圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的摩擦系数随着滚滑比的增大而增大。     

圆柱滚子轴承的微观非牛顿热弹流润滑分析

为研究滚动轴承中接触副间的弹流润滑性能,基于滚动轴承,建立圆柱滚子与轴承外圈接触的微观非牛顿热弹流润滑模型,分析牛顿流体和非牛顿流体在不同特征剪应力、滑滚比、载荷参数条件下的差异,并考察不同粗糙度幅值及波长的影响。结果表明,滚子端部温度受特征剪应力的影响比滚子中部大,在粗糙度的影响下,油膜温度波动幅度随特征剪应力的增大而增大;牛顿流体和非牛顿流体油膜温度及摩擦因数均随着滑滚比、载荷的增大而增大,且牛顿流体油膜温升和摩擦因数明显大于非牛顿流体;接触区内的油膜厚度、压力及温度的波动随着粗糙度幅值的增加波动越剧烈,而随着粗糙度波长的增加波动趋于平缓,并且由于粗糙度的影响,在滚子中部产生的局部温升随滑滚比、载荷的增大而增大。     

滚子端面误差对弹流润滑影响的实验观测

工程中滚子的端面误差会引起修形凸度量和摩擦副实际接触长度发生变化,从而改变有限长线接触滚子弹流润滑的膜形、膜厚。为了揭示滚子端面误差对弹流润滑油膜的影响,采用对数滚子进行实验研究,观测滚子摩擦副弹流润滑状态的油膜厚度和形状。结果表明：当外载荷引起滚子的弹性变形量与修形凸度量相当时,滚子端面误差实际改变了滚子摩擦副的接触长度,对线接触端部弹流润滑油膜有较大的影响,位于滚子端部的最小油膜厚度、封闭的牛顿环呈现异常波动,“边缘效应”加剧;当外载荷引起滚子的弹性变形量明显小于修形凸度量时,滚子摩擦副的实际接触长度不发生变化,滚子端部最小接触压力与出口颈缩区接触压力基本相等,没有出现“边缘效应”,滚子端面误差对弹流润滑油膜不产生影响。     

Analysis on the thermal elastohydrodynamic lubrication of tapered rollers in opposite orientation

Faced to the lubrication of the meshing teeth of helical gears, thermal elastohydrodynamic lubrication (TEHL) of two tapered rollers located in opposite orientation was studied numerically. It has been found from the full numerical solution that the lubricating performances of two tapered rollers differ significantly from that of a finite line contact. For tapered rollers, the distributions of pressure and film thickness depend strongly on the distribution of the effective radius in the direction of the roller length, and the distribution of temperature rise depends strongly on the local slide-roll ratio in the direction of the roller length. Side-leakage is inevitable in the elastohydrodynamic lubrication (EHL) of two tapered rollers, and thin films are produced in the ends by side-leakage, but the high pressures in the ends could be decreased by the end-shape modification, which is beneficial to the end lubrication. The temperature distribution is interesting, and the lowest temperature in the high-pressure area is close to the ambient temperature, which occurs in a place where the local slid-roll ratio is zero.     

相交圆弧修形滚子的重载热弹流研究

用多重网格技术得到了重载有限长线接触热弹流问题的完全数值解。分析了重载工况下端部用相交圆弧修形的直母线滚子弹流特性,讨论了修形参数与工况条件对成膜能力的影响。研究表明:合理修形能优化滚子的润滑状态,并且修形滚子对工况变化有较好的自适应性;在重载工况下有限长与无限长线接触弹流解在中部存在较大差别。用“端部封油效应”合理解释了上述现象。同时指出在特定工况下,滚子温度随速度的增加会略有降低并分析了该现象的机理。     

固液两相流体弹流润滑研究

应用微极流体理论,考虑流体的可压缩性,建立线接触微极流体动力润滑的基本方程,进行固液两相流体稳态流动弹流润滑数值分析,获得了润滑油膜压力、形状以及摩擦力分布,分析了微极参数对润滑性能的影响,并与不可压缩流体结果进行比较。结果表明,固液两相润滑流体较单相牛顿流体,在增加膜厚、提高承载力方面有显著的作用,而接触表面的摩擦因数有所降低,流体的可压缩性降低了油膜压力与油膜厚度。     

零卷吸条件下有限长线接触热弹流润滑分析

应用多重网格技术和逐列扫描法，求得了零卷吸条件下有限长线接触热弹流润滑问题的完全数值解，给出了两固体表面和油膜中层的温度分布以及油膜内的流速分布。结果表明，油膜的最大压力、最小膜厚和最高温度均位于滚子的端部；在接触区中央一带出现了油膜局部增厚现象，温度-粘度楔效应是弹流油膜局部增厚的根源。     

油膜比厚对齿轮接触疲劳寿命的影响

通过热弹流润滑数值计算和滚子疲劳实验 ,分析了油膜比厚对齿轮接触疲劳寿命的影响。文中指出增加油膜比厚是提高齿轮接触疲劳寿命的有效手段 ,但并非油膜比厚越大 ,疲劳寿命就越长。当油膜比厚超过某一临界值时 ,疲劳寿命随油膜比厚的增加反而降低。这与许多已有的研究结论以及国际齿轮强度计算标准中所提出的有关润滑理论是不一致的     

汽车驱动桥主减速器圆锥滚子轴承滚子接触应力分析

对汽车驱动桥主减速器圆锥滚子轴承进行弹性流体动力润滑分析,根据润滑油的物理参数和滚子承受的载荷,求出了油膜压力和摩擦因数.然后利用有限元软件对受载荷最大的滚子进行了有限元分析,得出了滚子在外部载荷和惯性力作用下的接触应力分布,得出驱动桥主减速器工作时的惯性力对圆锥滚子轴承的影响是必须考虑的因素.     

弹性流体动力润滑的热效应

简述热弹性流体动力润滑的概念、理论的发展及其科学基础。在给出一组典型的点接触热弹流数值解之后,通过实例集中描述5种热效应,即摩擦因数与滑滚比之间的关系、入口温升导致油膜减薄、尺度效应、热黏度楔效应和固体温度效应。澄清了润滑工程界对热弹流润滑的几个模糊理解,指出热弹流研究面临的主要困难,并展望其发展前景。     

变速多尺度润滑油膜测量试验机设计

为了研究变卷吸速度下的润滑特性,根据光干涉原理,设计出一种变速多尺度油膜测量试验机。该试验机可分为运动、支承和加载三部分。运动装置是一种曲柄滑块机构,试件由一对浮动滚子支承,载荷是通过杠杆加载在试件上。在一个试验周期内滚子的卷吸速度呈正弦变化,润滑油膜经历"弹流、薄膜和边界"的多尺度状态。利用该试验机得到的动态干涉图像可以看出变卷吸速度时有限长线接触滚子的油膜分布特征,可为研究提供可靠的试验数据。     

N次谐波凸轮-挺柱副的润滑特性分析

将线接触弹流润滑理论应用于发动机配气机构，计算了某N次谐波凸轮-挺柱副润滑的稳态最小膜厚、膜厚比等参数，分析了凸轮．挺柱副稳态润滑在设计转速下随凸轮转角的变化特征，比较和讨论了发动机转速变化对润滑性能的影响。结果表明，凸轮桃尖区多为部分弹流润滑状态和边界润滑，工作段其它部分多为部分弹流、完全弹流和动力润滑状态。曲轴转速提高一般情况下对增加稳态最小膜厚有利，但由此导致的载荷波动量增加对最小膜厚的稳定性不利，从而使表面摩擦和磨损的可能性增加。