悬浮于润滑油中的颗粒运动分析及其对油膜压力的影响

对含有固体颗粒的局部润滑流域建立格子Boltzmann(LBM)离散模型,分析固体颗粒在润滑油中的动力学特性;考虑颗粒形状的影响,推导计入单个固体颗粒运动的润滑方程,并分析得到油膜压力;将油膜流动特性与颗粒动力学计算相结合,分析不同形状的颗粒运动对于油膜压力的影响。分析发现,当颗粒进入润滑油后,经过很短的瞬时颗粒就会达到一个瞬态稳定的状态,无论颗粒在油膜厚度方向的初始位置位于两壁面之间的中线上侧还是下侧,颗粒都会向中线位置移动;当颗粒速度为0时对于油膜压力的影响较大,随着颗粒速度逐渐增大,颗粒对于油膜压力的影响逐渐减小;当颗粒的宽度在油膜厚度方向相同时,长宽比越大的颗粒对于油膜压力的影响也越大;当颗粒长轴相等时,颗粒在油膜厚度方向的宽度越大,则其对于油膜压力的影响也越大,即颗粒形状对于油膜流动的阻碍能力越强,则其对于油膜压力的影响越大。     

固体颗粒分布对轴承润滑的影响

基于格子-波兹曼方法 (LBM)理论,分析含固体颗粒的轴承润滑问题。通过建立润滑油的理论离散模型,分析固体颗粒分布对于油膜压力、润滑油流速的影响。分析结果表明:在油膜厚度方向分布的固体颗粒越多,颗粒的分布形式对润滑油流动的阻碍能力越强,则其对于油膜压力及油膜流动的影响也越大;当分布形式相同时,固体颗粒个数越多对油膜压力的影响越大;即润滑油中所含固体颗粒浓度越大,对润滑的影响程度也越大;无论分布形式如何,固体颗粒对于离颗粒较远的下游区域的速度影响较小。     

考虑活塞二阶运动时固体颗粒对于活塞环扭转运动的影响

考虑活塞的二阶运动,建立考虑固体颗粒影响的发动机缸套-活塞环动力学模型,将含有固体颗粒的环组气体视为混合气体,进行环组气流分析;分析固体颗粒对于活塞环扭转运动的影响,研究其对环槽气体流量及漏气的影响。研究发现,当含有固体颗粒时,活塞环的扭转运动加剧,环槽气体流量增大,从而导致漏气量增大,对发动机性能产生不利影响。     

颗粒间距及相对运动对轴承油膜压力的影响

针对滑动轴承润滑中润滑油含有固体颗粒的情况,将格子-波兹曼方法(LBM)应用到润滑问题的求解中,得到润滑油中含有固体颗粒时的油膜压力分布。并通过分析计算得出了颗粒间距及颗粒相对运动对轴承润滑的影响规律,使得轴承润滑分析更符合实际工况。     

考虑固壁导热的活塞环-气缸套润滑摩擦特性的影响因素研究

在考虑活塞组-气缸套固体部件间瞬态导热的基础上,把柴油机缸内燃气、活塞、活塞环、润滑油膜、气缸套和冷却介质作为一个耦合体,将三维瞬态热传导模型和润滑油膜传热模型引入流体动压润滑分析理论,建立了活塞环-气缸套的三维非稳态热混合润滑摩擦模型.利用该模型对一6110型柴油机的活塞环-气缸套进行了深入研究,探讨了表面粗糙度、活塞环平均基准压力对该摩擦副润滑摩擦性能的影响.研究表明,活塞组-气缸套间的固壁导热直接影响活塞环-气缸套的温度场,进而影响到该摩擦副的润滑摩擦状况;随活塞环平均基准压力的增大,膜厚变薄,油膜温度增加,粘度减小,油膜摩擦热除上死点附近有所增加外,其余部分基本上没有变化,说明对活塞环-气缸套系统进行三维润滑摩擦分析是非常必要的;当表面粗糙度增加后,油膜厚度、摩擦热、温度都有所增加,油膜粘度相应减小.     

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。     

考虑颗粒分布影响的液-固二相流体润滑研究

对多颗粒分布的液-固二相流体润滑进行了研究。对有颗粒存在时的润滑区域进行划分,建立了多颗粒状态下的雷诺方程,引进颗粒的速度、大小、位置,颗粒间的距离等参数,在给定油膜承载力的情况下运用有限元法对有限长滑块进行了数值求解。结果表明:颗粒的存在使颗粒附近的压力分布有了明显的变化;油膜承载力越大,颗粒对压力分布、最小油膜厚度的影响越明显;颗粒处于运动状态或静止状态对压力分布和最小油膜厚度的影响趋势是一致的,但运动颗粒的影响程度较小些;颗粒间的距离、颗粒半径、颗粒数目对压力分布也有比较大的影响。     

基于格子-波兹曼方法求解油膜压力的探讨

由于外界环境及磨损等方面的影响,固体颗粒不可避免的进入到润滑油中,为了更方便地分析和求解含有固体颗粒的动压轴承的润滑问题,提出了一种新的求解油膜压力的方法——格子波兹曼方法 (LBM)。介绍该方法的基本原理及计算流程,基于该方法从流场的角度分析流体润滑,建立润滑区域的LBM离散模型。对该模型进行求解,并将计算得到的油膜压力与有限差分法的求解结果进行比较,两者的结果吻合较好,并且LBM中润滑区域的网格划分越细,其误差越小,这表明采用LBM求解润滑油中含有固体颗粒的润滑问题是可行的。     

柴油机缸套表面微沟槽织构润滑性能仿真分析

针对缸套表面织构微沟槽形貌,建立了缸套-活塞环摩擦副混合润滑理论模型,并采用MATLAB编程计算来分析微沟槽形貌参数对其润滑摩擦性能的影响规律。结果表明：缸套表面微沟槽可以形成很好的油膜压力,有效地改善缸套-活塞环间的润滑状态;随着微沟槽角度的增大,最小膜厚比逐渐增大,其润滑效果也越来越好,综合考虑摩擦润滑性能和机油耗性能情况下,最佳的微沟槽角度为60°。在上止点附近,面积占有率变化Sp对量纲一摩擦力影响较大;在其他区域,面积占有率对摩擦力影响不大;综合考虑油膜厚度与摩擦力,当Sp=0.15时效果最好。随着微沟槽深宽比e的增大,量纲一摩擦力不断增大,当e从0.025增大到0.150时,平均量纲一摩擦力增大了2.3倍,但深宽比过大,润滑效果将会减弱。研究结果认为,最佳深宽比的范围为0.05~0.08。
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计入薄壁构件挠度变形的线接触弹流润滑分析

由于薄壁构件在受力情况下产生挠度变形,对弹流润滑有一定影响,导致原来的弹流润滑计算存在较大误差,经典的接触模型已不再适用。提出一种考虑薄壁平板挠度变形的弹流润滑线接触模型,该模型能够确切反映薄壁平板的挠度变形对弹流润滑的影响;采用有限元仿真软件建立薄壁平板的挠度变形模型,在挠度变形的基础上,分析速度参数及载荷参数对线接触弹流润滑性能的影响。研究结果表明:挠度变形对薄壁件润滑的影响十分明显,油膜压力减小,中心膜厚分布范围增大,膜厚值减小;随着速度及载荷参数发生变化,油膜压力及膜厚也相应地发生改变;当其他条件不变时,中心油膜厚度随速度的增加而增大,且中心油膜区域逐渐增加,速度参数对油膜压力影响较大,油膜压力随着速度的增加而升高,颈缩现象逐渐出现;油膜压力随着载荷的增大而升高,同时油膜厚度逐渐减小。