渐开线斜齿圆柱齿轮热弹流润滑的计算分析

本文在充分考虑斜齿轮啮合特性的基础上,运用多重网格法,通过联立求解Reynolks方程、弹性变形方程、油膜厚度方程、载荷平衡方程、润滑油粘度,密度方程、能量方程和界面温度方程,获得了不同啮合位置下的油膜形状,压力分布,固体表面和油膜内的温度场分布以及接触区内的摩擦系数,这对于发展和完善高强度的齿轮设计,提高齿轮的抗胶合承载能力,有一定的指导作用和参考价值。     

圆弧齿轮热弹性流体动力润滑数值解

根据圆弧齿轮啮合点具有二维表面速度的点接触弹流模型，在变网格下联立求解能量方程、雷诺方程和弹性位移方程等，获得了齿面接触区内的温度、压力和润滑膜厚度分布。计算考虑了润滑剂粘度和密度随温度压力变化和挤压膜效应等因素。用恩瑞模型进行了齿面摩擦分析，讨论了工况变化对齿轮润滑性能的影响。结果表明：在中等载荷或转速时，圆弧齿轮的润滑膜厚度是渐开线齿轮的3倍以上，而齿面摩擦因数比渐开线齿轮小近一个量级；圆弧齿轮沿齿宽方向的滚动速度对润滑膜性态起主导作用，沿齿高方向的滑动速度对润滑膜温升及膜厚影响不大；齿面挤压膜效应对压力分布有一定影响。     

大滑滚比条件下非牛顿流体线接触热弹流润滑分析

研究在大滑滚比条件下,光滑表面Ree-Eying流体热弹性流体动力润滑接触中油膜的变化。建立大滑滚比下使用Eying流体的时变热弹流数学模型,使用多重网格方法求解雷诺方程、弹性变形方程,使用逐列扫描法求解油膜和固体能量方程,获得大滑滚比情况下非牛顿流体线接触热弹性流体动力润滑数值解。结果表明:随着滑滚比的增大,压力凸起、油膜起始于接触区右侧且不明显,此后随着滑滚比的增加,压力凸起和油膜凹陷逐渐向中心接触区移动,压力峰变大,中心凹陷加深。同时温度曲线也逐渐升高,中高速条件下油膜最大温升曲线的凸起也是起始于接触区右侧最后移动到接触区中心。     

固体颗粒对线接触热弹流脂润滑特性影响的数值分析

基于线接触热弹流脂润滑数值计算模型,结合单个球状固体颗粒的相关参数进行修正,建立考虑固体颗粒的线接触热弹流脂润滑的数值计算模型。采用多重网格法求解压力、膜厚和润滑油膜平均温升等润滑指标,得到不同颗粒速度、尺寸半径和中心位置下润滑油膜的压力、膜厚及温升分布并进行对比分析。结果表明:润滑脂中的固体颗粒容易造成油膜压力和温升的突变;随着固体颗粒向油膜中心的移动以及中心速度和颗粒半径的增大,压力、膜厚和平均温升整体分布都向入口区移动,其中颗粒半径对油膜压力、膜厚和平均温升的影响尤为显著。因此,在实际工作中应尽可能避免接触区内混入固体颗粒,尤其是半径相对较大的固体颗粒。     

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。     

塑料斜齿轮黏弹性数值模拟研究

以聚甲醛塑料材料为例,选择了广义Kelvin模型作为塑料齿轮研究的黏弹性模型,分析得出钢制齿轮与塑料齿轮啮合的黏弹性变形方程,无量纲化弹流润滑方程并离散化建立非线性方程组,推演该方程组的雅克比矩阵并利用Newton-Raphson迭代方法求解该方程组后得到油膜形状及压力分布。在黏弹性基础上分析油膜形状和油膜厚度,考虑速度和载荷对压力分布及油膜分布的影响。结果表明:塑料齿轮相对较软,在啮合过程中在接触区内与金属斜齿轮啮合在润滑状态下的油膜形状也相对缓和;考虑塑料齿轮的黏弹特性,油膜在主要承载区域油膜厚度增加;当速度增加时,油膜厚度变厚,压力峰值向入口移动;当载荷增加时,油膜厚度变薄,压力峰值向出口移动。     

重载点接触热弹流润滑中油膜速度分析

对HKD-1型航空润滑油进行了重载点接触热弹流计算和不同滑滚比下油膜速度分析,并进行了试验验证.结果表明:油膜速度随滑滚比的增加而增大,油膜速度沿滚动方向和厚度方向越来越大,不同模型下得到的油膜速度分布形状不同.Evans-Johnson模型预测的速度分布较准确,牛顿模型预测误差较大.重载下,该润滑油表现为非牛顿特性.     

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。     

微小间隙的光干涉法测量

本文用自行设计的光干涉弹流试验机测量了椭圆接触弹流润滑的油膜厚度的形状和分布.对国产牵引油进行了较详细的研究,并将其和润滑油进行了对比分析.分析了不同国产润滑油和牵引油的弹流液体膜的变化情况.滚动速度对微小液膜厚度有显著影响;法向载荷和滚滑比对膜厚影响较小.较大的滚动速度产生较厚的油膜;载荷增大,弹流膜厚度减薄;滑滚比升高,液膜减薄.     

极限剪切状态下的线接触Reynolds方程

本文导出了考虑极限剪切状态的线接触流变热弹流Reynolds方程,该方程以Evans—Johnson流变模型为基础,可用于求解线接触流变热弹流润滑问题的油膜厚度、压力分布、剪应力分布和牵曳系数曲线。计算实例表明,润滑油的流变特性对弹流润滑的油膜形状和压力分布影响不大,但对Hertz接触区的剪应力分布有显著影响。     

表面粗糙峰/谷对大滑滚比线接触热弹流润滑接触的影响

假设在一个表面上存在单个粗糙峰或粗糙谷，采用数值分析方法研究大滑滚比下粗糙表面对线接触热弹流润滑接触的影响。研究发现：粗糙峰和粗糙谷造成油膜压力、膜厚和温升曲线的局部波动，其中压力的波动最为明显；在滑滚比较小时，粗糙峰和粗糙谷对压力、膜厚和温升曲线的影响较大， 随着滑滚比的增加，影响逐渐降低； 随着滑滚比的增加，粗糙峰幅值增加对压力、膜厚和温升曲线造成的波动也逐渐减弱。研究结果对于揭示滚珠丝杠或无保持架轴承等的润滑油膜形成和失效有重要意义。     

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。     

基于Carreau流变模型的圆柱滚子轴承热混合润滑分析*

为了研究圆柱滚子轴承接触区的混合润滑性能,建立基于Carreau非牛顿流体的热混合润滑模型,求解非牛顿流体线接触热混合润滑数值解。研究滑滚比、卷吸速度及载荷对线接触混合润滑特性的影响,并与相同工况下牛顿流体热混合润滑的结果进行对比。结果表明：随着滑滚比、卷吸速度及载荷的增大,油膜温度都会升高,Carreau非牛顿流体的温度要低于牛顿流体的温度;油膜厚度随着滑滚比、载荷的增大而减小,随着卷吸速度的增大而增大,Carreau非牛顿流体与牛顿流体膜厚相差不大;随着滑滚比的增大,2种流体的平均摩擦因数均增大,随着卷吸速度和载荷的增大,2种流体的载荷比均减小。     

Numerical analysis of grease thermal elastohydrodynamic lubrication problems using the Herschel-Bulkley model

Grease thermal elastohydrodynamic lubrication (TEHL) problems of line contacts are analysed numerically. The effects of temperature and rheological parameters on grease TEHL are investigated using the Herschel-Bulkley model as a rheological model of greases. The pressure distribution, the shape of grease film, mean film temperature and surface temperature of solid wall in line contacts are obtained. It is found that thermal effects on the minimum film thickness become remarkable at high rolling speeds. The effect of yield stress of the Herschel-Bulkley model on minimum film thickness is negligible, while the flow index and viscosity parameter have significant effects on minimum film thickness.     

The investigation of oil film thickness in heavily-loaded contact

An experimental study of the shape and thickness of the oil film during rolling in a thrust ball bearing has been carried out by the interference method.The experimental results showed good agreement with theory. Oil film thickness was affected mainly by the rolling velocity, viscosity of oil and maximum Hertzian stress. The groove radius had no effect on the film thickness. With increase of rolling velocity the film thickness increases and then reduces sharply owing to temperature rise and the non-Newtonian properties of the lubricant. A qualitative similarity was derived from the experimentally observed dimensionless shapes of the film and of the dimensionless theoretical shapes of the oil film for the lubricant in the non-Newtonian state. The flat “squashed” contact area diminished and disappeared with rise in velocity, which agreed with theoretical predictions.Good agreement was found between the theoretical and the experimental values of the oil film thickness and the friction coefficients for a ball sliding on a plane. Values of relaxation time for oil agree with values observed by the vibration method.The interference method is proposed to estimate the relation of the relaxation time for lubricants to the pressure and temperature up to maximum Hertzian pressures of 14,000 kg/cm². Experimental studies by the interference method and the solution of the non-isothermal hydrodynamic contact problem for liquids both in the Newtonian and non-Newtonian state provide a method of calculation of the friction coefficient.     

齿轮传动系统的动态-瞬态弹性流体动力润滑

本文给出了考虑齿轮传动系统振动影响的瞬态弹性流体动力润滑方程组及其求解方法。在瞬态弹流润滑理论的研究中综合考虑了变载荷、变曲率和变速度的瞬态效应,并被用于渐开线直齿轮的润滑问题。其中,变载荷是考虑到实际齿轮传动中所存在的系统振动所引起的动载荷,该动载荷由一个8质量、16自由度的振动方程求解而得。沿啮合点的动态-瞬态弹流润滑被作为一个时间过程作了完全数值求解。文中给出了一个算例,求得了沿啮合线上啮合时的二次压力峰及油膜厚度的变化曲线,并给出了七个特殊啮合点上的压力分布及油膜形状。     

In Situ Raman Microspectrometry of Lubricated Tribologic Contacts. Part Two: Simultaneous Measurements of Pressure,Lubricant Film Thickness and Temperature Distributions in a Running EHD Contact

Raman micro-spectrometry is used to acquire point spectra in a running EHL contact. The quantitative method developed in part one of this study, measuring the lubricant film thickness, is complemented by a data treatment yielding quantitative values of the pressure and temperature in the lubricant. The comparison between experimentally measured pressure and film thickness distributions and numerical calculations shows an excellent quantitative agreement. The simultaneous quantitative measurement of pressure, film thickness and temperature distribution carried under pure rolling afforded a direct and quantitative correlation between the three parameters.     

Inverse approach for calculating temperature in EHL of line contacts

This paper proposes a thermal elastohydrodynamic lubrication (TEHL) inverse approach to estimate the pressure, temperature rise, and apparent viscosity distributions in an EHL line contact. Once the film shape is measured, the pressure and estimated film thickness distributions can be calculated from force balance and elastic deformation theories. By using these smoothing pressure and film thickness distributions, the Gauss-Seidel iteration is employed to calculate the temperature rise distribution from energy, surface temperature, and rheology equations. This approach overcomes the problems of pressure and temperature rise fluctuations, and generates accurate results of pressure and temperature rise distribution from a small number of measured points of film thickness, which also saves computing time. Results show that the direct inverse method requires a lot of measured points to establish the amplitude and location of the pressure and temperature rise spikes, whereas the inverse approach can obtain the accuracy results with only 31 measured points. With the error from the resolution in the film thickness measurements, this approach also presents a smooth curve of the pressure and temperature rise distributions with a small error. Furthermore, this approach still provides a good solution in apparent viscosity, whereas the direct method provides a much larger error in apparent viscosity.     

陶瓷球轴承的热弹流润滑分析

建立陶瓷球轴承热弹流润滑的数学模型,利用多重网格法和逐列扫描法,得到陶瓷球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,并与普通轴承计算结果进行比较。结果表明:转速与载荷会对陶瓷轴承的接触区的压力、膜厚、温度产生影响,其中随着转速的增加,最小膜厚增加,摩擦因数减小,滚动体表面温度下降,而随着载荷的增加,最小膜厚减小,摩擦因数增大,滚动体表面温度上升;在相同的工况参数下,陶瓷球轴承的油膜压力低于普通轴承,膜厚高于普通轴承,轴承内圈、滚动体、中层油膜的温升小于钢质轴承,因而陶瓷轴承的润滑性能更好,使用寿命更长。