硬脂酸界面修饰对油膜润滑影响的试验研究

研究了有限量供油条件下,硬脂酸界面修饰对滑块-玻璃盘面接触条件下油膜润滑的影响。利用面接触润滑油膜测量系统,作者测量了PAO10、甲基硅油基础油以及添加了0.1%硬脂酸的同种基础油产生的润滑油膜厚度随速度的变化曲线,理论计算了连续双侧脊薄油层和离散液滴供油条件下的油膜厚度,并对硬脂酸在盘表面的吸附进行了表征。结果表明,硬脂酸吸附层使润滑轨道表面能降低,其上润滑油发生“反润湿”呈现液滴状分布,该分布能够增高润滑膜厚;硬脂酸吸附使固体表面产生致密膜,表面粗糙度降低;离散油滴经接触区被压塌成为连续油层分布,再次恢复到离散态需要一定时间,这与固体表面吸附层密切相关;此外,二甲基硅油能够促进硬脂酸吸附,增大玻璃盘基体改性程度和润滑油膜厚度。     

倾角对面接触润滑油膜厚度影响的实验测量

在全膜润滑和有限供油润滑条件下,利用面接触润滑油膜测量系统对不同滑块倾角下的油膜厚度进行测量。结果表明,在全膜润滑条件下,随倾角的增大膜厚表现为先上升再下降的趋势;当膜厚较高时,最高油膜承载力对应的收敛比接近理论值;当膜厚降至亚微米量级时,最高承载力对应的收敛比增加,与经典理论不符。而在有限供油条件下,随速度增加油膜厚度先增大后基本保持不变;随倾角变化,油膜厚度变化与全膜润滑相近。     

摆线针轮传动接触乏油润滑特性分析

摆线针轮行星传动啮合过程中供油量变化影响传动效率和接触疲劳特性。引入部分油膜厚度比例,以入口油膜厚度来表征乏油程度,建立摆线针轮有限长线接触乏油润滑数值模型,研究在齿宽方向上入口油膜厚度不均匀分布对压力和膜厚分布的影响。结果表明:乏油条件下,随着入口供油量增加,入口油膜厚度的不均匀分布对齿宽方向上的压力和膜厚分布的影响减小;随着速度的增加,齿宽方向压力和膜厚分布受入口油膜厚度不均匀分布的影响增加;随着载荷的增加,齿宽方向压力和膜厚分布受入口油膜厚度不均匀分布的影响程度减小。     

PMMA-玻璃面接触流体润滑特性研究

以静止的PMMA平面滑块和旋转的光学透明玻璃盘为润滑副,利用基于光干涉原理的微型面接触润滑油膜测量系统,对PMMA-玻璃形成的润滑油膜厚度及形状进行测量。结果表明,由于润滑面的低弹性,在润滑油膜压力作用下固体表面发生明显的弹性变形,该变形随速度、载荷和PMMA滑块倾角的变化而变化;油膜厚度随速度的增加而明显增加,随载荷增加明显降低,滑块倾角对油膜形状也有明显影响。     

硬脂酸吸附对轴承限量供油润滑影响

在限量供油条件下利用全轴承摩擦力矩测量系统和球-环点接触油膜润滑测量仪分别对PAO10(聚α-烯烃)和PAO10S(聚α-烯烃+0.2%w/w硬脂酸)进行摩擦力矩和膜厚测量。结果表明：轴承摩擦力矩先下降后上升，存在一个对应最小摩擦力矩的临界转速。当转速低于临界转速时，PAO10S的摩擦力矩随供油量增加而减小，且明显小于PAO10的摩擦力矩。当转速高于临界转速时，PAO10S和PAO10的摩擦力矩差别减小。PAO10S产生的轴承摩擦力矩降低归因于硬脂酸吸附膜的低剪切抗力，更重要的是，因吸附膜产生润滑轨道表面能的降低，导致摩擦副的入口供油情况得到改善。润滑油膜厚度的光干涉测量结果显示，因硬脂酸的吸附PAO10S和PAO10的供油状态可分为三个区，全轴承摩擦力矩的测试结果与这三个区对应的油膜承载特性相关。     

倾角变化不可压稳态楔形滑块润滑数值分析

根据楔形滑块润滑模型,对Reynolds方程进行差分离散后,通过松弛迭代方法计算油膜压力分布,分析倾斜角度变化对楔形滑块润滑油膜的影响。结果表明:当楔形滑块与ox轴的夹角θ1≠0,楔形滑块与oy轴的夹角θ2=0时,润滑油膜承载量随θ1的增加而先增大后减小,油膜压力呈对称分布,楔形滑块表面最大压力的变化规律与润滑油膜承载量相同,且压力中心向出口区靠近;当θ1≠0,θ2≠0时,θ1保持一定值,润滑油膜承载量和楔形表面最大压力随θ2的增加而增大,θ2保持一定值,润滑油膜承载量和楔形表面最大压力随θ1的增加而先增大后减小,油膜压力呈非对称分布,压力中心向最小油膜间隙处靠近。     

滚滑轴承滑块的油-气两相流润滑分析

为改善滚滑轴承的润滑,运用两相流理论对其滑块进行油气润滑设计,建立滑块的油-气两相流CFD模型,分析不同入口角度、进气速度、进油速度和润滑油黏度对流场油相分布的影响。结果表明:油-气混合润滑方式能在内外滚道接触区形成有效的润滑油膜;油气管道夹角影响油滴分布,角度过大时大量油滴会在滑块侧面上附着,角度过小时油滴会在外滚道入口处堆积,造成供油连续性不好,油膜稳定性下降;进气速度过大会降低油滴附着率,无法形成有效油膜,而进油速度过大会造成润滑油累积,出现搅油现象,因此选择合适的进气和进油速度,才能控制油滴的大小和保持润滑过程的连续性;润滑油黏度会影响油滴在滑块上的附着效果,合理地选择润滑油黏度,才能保证流场油相分布均匀。     

微液滴面接触润滑研究

利用面接触润滑油膜测量系统进行微量液滴润滑性能的研究。试验中以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘构成润滑副,对不同黏度的润滑油分别进行微液滴以及玻璃盘全部铺满情况下的油膜厚度测量。试验结果表明:微量润滑液滴会沿滑块的运动轨迹铺展在玻璃盘上,形成持续的润滑,表明微量的润滑介质液滴可以提供充分润滑;油膜厚度开始会随速度的增加而增加,到达一定速度后油膜厚度会保持不变;干涉图说明微量润滑下,接触区并不是完全由润滑膜承载,会有一些油气混合物承载。     

气穴对涡轮增压器浮环轴承油膜力的影响

气穴是高速油膜润滑轴承中不可避免的现象,气穴现象影响浮环轴承油膜承载力及稳定性。通过Fluent 软件中的混合物（Mixture）多相流模型,分析气穴对浮环轴承内、外油膜压力分布以及含气率和供油压力对油膜承载力的影响。结果表明：气穴导致油膜压力峰值下降,对内油膜的影响大于外油膜;气穴会导致润滑油膜承载力下降,含气率越大,其承载力越低;在含气率不变时,供油压力对承载力有一定影响;油膜气穴主要集中分布在负压区,油膜压力值越小气穴现象越明显,气穴是导致油膜破裂的主要原因之一。     

基于Elrod算法的线接触乏油热弹流润滑分析

为研究中低速、中等载荷工况下不同供油条件对接触区润滑特性的影响,假设润滑剂分别为Newton流体和Ree-Eyring流体,建立考虑供油条件的线接触热弹流润滑模型。采用Elrod算法,将入口供油量作为输入参数,求解接触区油膜压力、膜厚和油膜温度的完全数值解。结果表明:随着入口供油量的降低,接触区入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动;相同供油条件下,随着速度和载荷的增大,入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动,乏油程度增加;随着供油量的增加,中心膜厚和最小膜厚也相应增加,且中心膜厚更易受供油量的影响;在乏油润滑条件下,Newton流体计算得到的油膜温度明显高于Ree-Eyring流体;随供油量的增加,Ree-Eyring流体的油膜最高温度增加,而Newton流体的油膜最高温度有先降低后增加的趋势;对于给定的工况,当入口等效供油膜厚接近该种工况下接触区处于充分供油状态下的最小膜厚时,接触区内的最高温升是相对最小的。     

点接触乏油混合润滑的数值模拟研究

基于改进的统一Reynolds方程,对点接触乏油混合润滑进行数值模拟,研究供油量、载荷、卷吸速度等对混合润滑性能的影响。分析时将润滑区域分为两部分,在压力区润滑油完全充满间隙,在空穴区润滑油部分充满间隙,这两区域的润滑特性都采用离散化的Reynolds方程求解;采用快速傅立叶变换算法求解弹性变形,采用GaussSeidal低松弛迭代逐行扫描法求解压力。结果表明:随着初始供油量的变化,润滑油油膜压力、油膜厚度以及部分油膜比例都会受到影响;速度对点接触乏油混合润滑的影响主要表现在油膜厚度分布上,而载荷的影响主要表现在压力分布上;随着载荷的升高,油膜压力将增大,而油膜厚度有轻微的减小,随着速度的升高润滑油油膜厚度减小。     

流体动压润滑油膜厚度及油池的荧光测量

基于面接触润滑油膜厚度荧光测量系统,研究润滑油中荧光剂强度与剪应变率的关系,筛选得到适合油膜厚度测量的润滑油和荧光剂的组合,并研究荧光强度和油膜厚度之间的关系。结果表明:R6G荧光剂和PEG400润滑油组合与Coumarin6荧光剂和PAO8润滑油组合的荧光强度不受剪应变率影响,可用于油膜厚度的荧光测量;荧光强度和油膜厚度存在单值线性关系,通过测量荧光强度可以求解油膜厚度。建立接触区周围油膜厚度及油池分布的测量方法,研究载荷和速度对油膜厚度以及接触区周围润滑剂的迁移特性的影响。结果表明:油膜厚度随速度增加而增加,随载荷增加而减小;随着速度增加,滑块入口处油池产生润滑剂堆积,出口处油池出现双侧脊分离,两侧面油池无明显变化;油池的变化是表面力、机械分离力和离心力综合作用的结果。     

基于JFO边界条件的连杆衬套润滑特性理论分析

采用有限差分法求解基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)边界条件(即质量守恒边界)下的雷诺方程,推导出连杆衬套油膜压力分布、油膜厚度、油膜承载力、润滑油端泄量表达式;建立连杆衬套在贫油润滑状态下的油膜压力分布模型,分析载荷对连杆衬套轴心轨迹位置、最大油膜压力和最小油膜厚度的影响。结果表明:在不同曲轴转速下,连杆衬套的润滑特性具有相同的变化规律,且在柴油机做功行程上止点的附近区域的油膜端泄量大于供油量,导致油膜的完整性被破会,形成空穴发生边界摩擦,甚至干摩擦或者磨损;连杆衬套与活塞销的最佳相对间隙为0.025%~0.05%。     

椭圆接触乏油弹流润滑影响因素分析

采用多重网格法,研究了载荷、速度和材料参数对椭圆接触乏油弹性流体动压润滑油膜厚度和压力分布的影响.结果表明:载荷增大,油膜厚度减小,最小油膜厚度向出口方向移动,颈缩现象逐渐变强,二次压力峰特点凸现,其位置向出口区移动;速度增大,油膜厚度增大,颈缩位置向膜厚中心移动,油膜在入口区就已开始收缩,压力分布曲线的二次压力峰变得更加尖锐,并逐渐向入口区移动;材料参数增大,油膜厚度和压力均增大,油膜颈缩位置向出口方向移动,二次压力峰位置没有变化.     

波动供油条件下滚子副润滑性能分析

基于工程实际的供油条件,提出一种特殊的供油函数,对滚子副弹流润滑问题进行求解,定性模拟滚子副的特殊乏油现象,并分析供油函数中的参数与润滑油膜厚度和压力的关系.结果表明:供油油膜的波动导致滚子副接触区相应的压力、膜厚及部分油膜比例分布中也出现波动;随着乏油情况的加剧,供油波动对滚子副接触区的影响更大,使润滑效果更差;在一定的供油量下,波动供油的油膜波长越小,幅值越小,对乏油滚子副的润滑性能越有利.     

轴颈转速对滑动轴承油膜特性及轴瓦结构特性的影响

为了更加精确地分析高转速下内燃机轴承轴瓦的受力情况,明确不同轴颈转速对轴瓦的受力规律的影响,采用流-固顺序耦合的方法,在滑动轴承油膜的CFD分析模型的基础上,建立轴瓦的有限元分析模型,并基于该模型得到不同轴颈转速下油膜压力、承载力、油膜组分分布以及轴瓦应力、应变随轴颈转速的变化规律。研究结果表明：随着轴颈转速的增加,油膜的压力不断增大,轴瓦载荷不断增加,轴瓦应力、变形逐渐增大;油膜最大压强随轴颈转速的增加几乎呈线性增长,导致轴瓦的最大应力值及最大变形也几乎呈线性增大;随着轴颈转速的增加,润滑油入口附近,润滑油体积分数逐渐减小,油膜破碎区内,润滑油体积分数的梯度更加明显。     

基于CFX下的液体静压支承油缸油膜的应用研究

液体静压支撑油缸是岩石力学试验机最为关键的组成部分。油缸的润滑油膜厚度、压力分布、刚度、承载力分布直接影响试验机的工作精度。本文以液体静压支撑油缸的润滑油膜为研究对象,基于液体静压技术理论,对油膜的刚度和承载力进行理论数值计算。利用ANSYS-CFX联合仿真平台,对其速度、压力变化进行静态研究,数值计算结果和联合仿真结果一致,从而得出当试验机的轴向载荷为2000 kN时,油缸的油膜厚度取30μm,满足要求。     

热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

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。     

楔形滑块轴承承载力与摩擦因数的实验研究

通过楔形滑块轴承油膜测量系统,在固定倾角和供油量条件下,测得不同转速和载荷下油膜厚度与速度的关系;计算得到间隙比与承载量及摩擦因数曲线,并与理论值进行比较。结果表明:承载力随着间隙比的增大先增大后减小,间隙比在1.2附近时达到最大;当间隙比小于1时,摩擦因数随着间隙比的增大而减小,当间隙比一定时摩擦因数不随载荷的变化而变化。