滚子副润滑状态转变的光干涉试验研究

利用光干涉测量技术,测量了滚子-盘有限长线接触副的润滑油膜形状和厚度,研究了滚子副的润滑状态随载荷、速度转变的规律。结果表明,接触区卷吸速度增加或载荷减小,使得滚子-盘接触副润滑状态逐渐由弹流润滑转变为流体动力润滑,且在两种润滑状态转变过程中存在过渡状态;由载荷变化引起流体动力润滑状态转变为弹流润滑状态过程中,接触区表面发生了弹性变形,使得接触区的油膜厚度增加。速度变化使滚子-盘接触处于流体动力润滑状态时,油膜出口颈缩消失,最小膜厚位置由出口颈缩处移至接触区中心,油膜光干涉图关于滚子轴线对称。     

整机体下主轴承-轴颈型线对润滑性能的影响*

为分析整机体下主轴承-轴颈型线对润滑性能的影响,运用Reynolds流体润滑方程和Greenwood-Tripp微凸峰接触理论,计入轴颈倾斜和弹性变形的影响,建立基于柔性整机体的主轴承弹性流体动力润滑模型,通过仿真计算研究主轴承和轴颈型线对轴承润滑性能的影响。结果表明:相较于无型线和只考虑轴颈型线,同时考虑主轴承和轴颈型线下的主轴承最小油膜厚度明显增加,最大油膜压力减小,平均摩擦损失减小;同时考虑主轴承型线和轴颈型线时,在研究的范围内,随着轴颈倾斜角度的增加,主轴承的最小油膜厚度减小,最大油膜压力增加,平均摩擦损失减小;转速增加时,主轴承的最小油膜厚度增加,最大油膜压力减小,平均摩擦损失增加。因此在主轴承和轴颈型线设计时,需要考虑轴颈倾斜和工作转速2个因素。     

乏油条件下圆柱滚子轴承的弹流润滑分析

基于有限长线接触弹流润滑理论,将等效供油层厚度和轴承相关参数作为输入量,求得乏油条件下圆柱滚子轴承弹流润滑的完全数值解;比较充分供油与乏油条件下轴承的润滑性能,研究乏油条件下供油层厚度、载荷、转速对圆柱滚子轴承润滑性能的影响。结果表明:随着供油量的减小,油膜厚度减小,第二压力峰降低,压力的起始点位置移向Hertz接触区;载荷增加,油膜厚度减小,这将对轴承的润滑产生十分不利的影响;随着转速的增加,压力区变得平坦,油膜颈缩向出口区移动,乏油程度更加严重。     

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。     

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。     

考虑热弹性变形和表面粗糙度的圆柱滚子轴承热弹流润滑分析

运用线接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的圆柱滚子轴承中滚子和内圈接触表面的径向热弹性变形和表面粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和粗糙度影响的圆柱滚子轴承线接触热弹性流体动压润滑分析方法。该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚子和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚子和轴承内圈因油膜温度场变化引起的径向热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及径向热弹性变形量等主要润滑特性,研究了载荷、卷吸速度和滑滚比的变化对最小油膜厚度、最大油膜压力和最大油膜温升的影响规律,结果表明,热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,热弹性变形和粗糙度会对润滑特性产生明显的影响。     

循环冲击载荷作用下滚滑轴承滚子的润滑特性研究

为探究冲击载荷对滚滑轴承润滑性能的影响,设计一种轮子扁疤系统,以模拟轴承受到的循环冲击载荷,利用数值分析法对比研究冲击载荷作用下滚滑轴承的润滑特性及不同工况对滚滑轴承滚子润滑的影响。结果表明：滚滑轴承的滚子润滑受冲击载荷的影响小于滚动轴承;冲击载荷发生前,滚滑轴承滚子油膜有高于油膜中心压力的第二峰值压力,油膜出口区有明显缩颈现象,随冲击载荷的增大,第二峰值压力虽会逐渐减小,但不会消失;冲击载荷频率越大,最小油膜厚度越大,冲击载荷幅值越大,滚子油膜厚度越薄;滚子油膜厚度随润滑油黏度、转速的增加而增加。     

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。     

曲轴轴颈型线对主轴承润滑特性的影响

以内燃机曲轴主轴承为研究对象,基于Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触理论,考虑曲轴倾斜和弹性变形,建立其弹流润滑模型,分析不同轴颈型线对主轴承润滑特性的影响。结果表明:不同轴颈型线对主轴承润滑特性的影响有着明显的差异,相比于无型线轴颈,轴颈型线为鼓型时,主轴承的最小油膜厚度增加了38.12%,最大油膜压力减小了32.73%,平均摩擦损失降低了8.4%,并改善了曲轴倾斜现象;而轴颈型线为马鞍型时,主轴承的最小油膜厚度下降了24.64%,最大油膜压力增加了4.56%,平均摩擦损失增加了2%,曲轴倾斜加剧;当曲轴轴颈型线为鼓型时,随着曲轴倾斜角度的增加,主轴承的最小油膜厚度减小、最大油膜压力增加、平均摩擦损失减小,随着转速的增加,主轴承的最小油膜厚度增加、最大油膜压力减小、平均摩擦损失增加。     

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。     

进水温度对水润滑轴承润滑特性的影响

为研究进水温度变化对水润滑轴承润滑特性的影响,采用有限差分法建立水润滑轴承弹流润滑模型,分析不同进水温度和载荷条件下水润滑轴承润滑特性的差异,并且通过试验验证摩擦因数的变化规律。研究发现：随着进水温度升高,轴承的水膜压力下降,但在水膜压力峰区域最大水膜压力升高、最小水膜厚度减小、偏心率增大,表明进水温度升高对润滑性能有着负面影响;在相同的载荷和转速下,轴承摩擦因数随着进水温度升高而下降,且高载荷下进水温度对摩擦因数的影响更大。通过试验发现进水温度越高对摩擦因数变化的影响越大,不同进水温度下载荷越低,载荷的变化对摩擦因数变化量的影响越大。     

浮环轴承内油膜变偏心率与恒偏心率润滑特性对比分析*

目前对浮环轴承油膜特性的研究,主要基于偏心率对油膜压力及最小油膜厚度的影响,未能反映真实的油膜边界运动。利用计算流体力学的方法,实现浮环与轴颈之间的内油膜边界运动;建立轴颈-浮环之间内油膜润滑部位的流体域模型,研究多相流变偏心率下浮环轴承的油膜特性。结果表明：考虑变偏心率下的仿真计算结果更能反映真实的油膜润滑特性;最大油膜压力在恒定偏心率与变偏心率下均随着转速的升高而增大,最小油膜厚度在恒定偏心率下随着转速的增加保持不变,在变偏心率下随着转速的增加而减小;最大油膜压力与最小油膜厚度在变偏心率影响下变化更明显,为浮环轴承的优化设计提供了理论依据。     

PTFE瓦与巴氏合金瓦推力轴承热弹流特性的对比分析

采用热弹流润滑模型对比分析PTFE瓦和巴氏合金瓦推力轴承的润滑特性。计算结果表明,采用PTFE瓦后,推力轴承中油膜的最高压力得到有效降低,油膜压力分布更加均匀,推力轴承中润滑油膜温升会提高;推力瓦瓦体的温度会大幅度下降,其整体热变形也会相应减小;适当加工推力瓦进、出油边的楔形面,可以有效提高最小润滑油膜厚度;油膜入口区域的回流现象将减弱甚至可能消失;必需润滑油量得以降低,轴承的润滑损耗减小。     

相邻滚子间距和错位对弹流成膜性能影响的试验研究

滚动体数量会影响轴承中相邻滚动体的间距大小,而轴承制造和装配误差会造成相邻滚动体错位,这些几何位置因素会影响接触副区的回流补油和油膜成膜性能。利用三滚轮整体加载有限长线接触光弹流试验装置,在给定初始油量下,开展相邻滚子间距和错位距离对滚子弹流油膜成膜性能和补油机制的试验研究。结果发现：使用低黏度润滑油时,增加相邻滚子间距,能够提高滚子端部膜厚,但错位对滚子端部膜厚影响较小;使用高黏度润滑油时,相邻滚子间距大小只对距离端面0.25 mm较近处膜厚有影响,对距离端面1.05 mm较远处的膜厚无影响;随着错位距离的增加,距离端面0.25 mm较近处的成膜性能先增加后减小,而距离端部1.05 mm较远处的膜厚增加。     

Starved Grease Lubrication of Rolling Contacts

Many grease lubricated roller bearings operate in the starved elastohydrodynamic (EHL) regime where there is a limited supply of lubricant to the contact (1). Under these conditions the film thickness drops to a fraction of the fully flooded value (2) and, thus, it is difficult to predict lubrication performance, or bearing life, from conventional EHL models. In this regime film thickness depends on the ability of the grease to replenish the track rather than the usual EHL considerations. The conventional view of grease lubrication is that base oil bleeds from the bulk reservoir close to the track, replenishing the inlet and forming a fluid EHL film (3). Resupply, under starved conditions, will thus depend on both operating conditions and grease parameters. The aim of this paper is to evaluate the influence of these parameters on starved lubrication in a rolling contact. Starved film thickness has been measured for a series of greases and the results have been compared to the fully flooded values. These show that the degree of starvation increases with increasing rolling speed, base oil viscosity and thickener content but decreases at higher temperatures. In many cases an increase in absolute film thickness is obtained when moving from high viscosity base oil to a low one, this result is the reverse of normally accepted EHL rules. Taking the fully flooded film thickness as a guide to lubrication performance is therefore not valid as grease film thickness in the starved regime is determined by local replenishment rather than bulk rheological properties.     

A Mixed Lubrication Model for Journal Bearings with a Thin Soft Coating—Part I: Contact and Lubrication Analysis

Soft coatings are used extensively in industry for contact friction reduction, particularly during the running-in period. A numerical model is developed for contact and lubrication analysis of some soft coating coated bearings in mixed fluid lubrication. The model is applied to determine oil film thickness, contact pressure, and the friction coefficient of the coated bearings in contact with a hard journal surface. The contact of tin-coated 339 Al-Si alloy bearings with case hardened steel is analyzed using the developed model.     

悬链线型线轴瓦对连杆大头轴承润滑特性的影响

针对柴油机连杆大头轴承润滑不良和摩擦磨损的问题,结合轴承型线的设计理论,建立了悬链型线的数学表达式。运用AVL POWER UNIT搭建连杆柔性多体动力学模型,研究了连杆大头轴承的悬链线型线对其润滑特性的影响。结果表明:当连杆大头轴承采用悬链线型线轴瓦时,随着型线径向变化量的逐步增加,峰值油膜压力先减小后增大,最小油膜厚度先增大后减小,总摩擦功耗先减小后增大。当采用径向变化量为方案4(变化量6 μm)的悬链线型线轴瓦时,最小油膜厚度增加了0.22 μm,峰值油膜压力减少了10.92 MPa,总摩擦功耗减少了0.28 kW,有利于减小轴承的摩擦磨损功耗和改善连杆大头轴承的总体润滑性能。通过曲线拟合分析得到了最小油膜厚度、峰值油膜压力和总摩擦功耗这3个评价参数的函数关系,为连杆大头轴承润滑特性的优化设计提供参考依据。     

车用汽油机轴承润滑可靠性研究

为实现车用发动机轴承工作可靠、耐久目的,应用摩擦学理论及发动机CAE技术对现有机型曲柄连杆机构工作过程进行分析,研究轴承间隙极限状态下轴承比压、轴心轨迹、最小油膜厚度随发动机转速的变化关系,从中对轴承润滑可靠性进行评价。研究结果表明,在发动机本体及边界条件未变下,曲轴主轴承最小油膜厚度随转速增大而减小,连杆大头轴承则随转速增大先增大后减小,最大轴承间隙下的最小油膜厚度比最小间隙下大40%,轴承均未出现干摩擦现象,波纹状轴瓦润滑性能优于平状轴瓦。     

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。