考虑滚子表面缺陷的滚动轴承动态微观润滑研究

滚动轴承中,滚子表面材料的剥落或是黏附会引起失效。为研究轴承滚子-套圈间的表面缺陷效应,基于缺陷滚子的有限长线接触问题,建立了动态微观弹流润滑模型,给出了表面凸起和凹坑两种点缺陷,分析了滚子表面缺陷对轴承润滑性能的影响,比较了缺陷滚子与内外圈接触时的润滑特性、时变解与准稳态解的差别,并讨论了缺陷尺寸和形状。结果显示,滚子的表面缺陷进入Hertz接触区,将显著影响润滑特性:凸起缺陷处油膜压力升高、油膜减薄,而凹坑缺陷处油膜压力和厚度均增大;当凸起缺陷位于出油口颈缩位置时,产生最大的油膜压力和最小的油膜厚度,润滑特性较差。与外圈的润滑特性不同,缺陷滚子与与内圈接触时油膜更薄,压力更高。与时变解相比,准稳态数值解油膜压力更低,而油膜更厚,在表面凸起位置尤甚,因此,不能用准稳态数值解代替时变解。研究同时表明:缺陷尺寸和形态对润滑性能影响显著。     

单个微坑对圆锥滚子热弹流润滑的影响

利用多重网格法和多重网格积分法研究了表面单个微坑对圆锥滚子热弹流润滑的影响,比较了光滑表面及单个微坑表面的热弹流润滑结果,分别讨论了单坑的坑深和坑径、速度及载荷变化对膜厚及压力的影响。结果表明,油膜厚度和油膜压力在单坑接触区增大,温度基本保持不变;坑深越大,凹坑弧度越小时,油膜厚度和油膜压力变化趋势越大。     

基于EHL理论的脂润滑轴承沟道表面缺陷研究北大核心

根据脂润滑轴承失效表现形式,分析了滚动轴承沟道表面缺陷产生的原因,建立了球-沟道表面缺陷条件下的脂润滑弹流数学模型和油膜厚度方程,采用数值计算方法分析了不同尺寸的表面缺陷及表面光滑条件下的脂润滑弹流润滑油膜压力和油膜厚度分布规律。结果表明:轴承工作过程中,球-沟道表面会形成位置、尺寸和形状随机分布的凸起和凹坑;相比于光滑表面,缺陷表面会引起油膜压力和油膜厚度显著变化,且对于同类型表面缺陷,随着缺陷尺寸的增大,引起油膜压力和油膜厚度分布变化的规律大致相同但效果增强;表面缺陷均会对轴承润滑脂的润滑效果造成不良影响。     

基于EHL理论的脂润滑轴承沟道表面缺陷研究

根据脂润滑轴承失效表现形式,分析了滚动轴承沟道表面缺陷产生的原因,建立了球-沟道表面缺陷条件下的脂润滑弹流数学模型和油膜厚度方程,采用数值计算方法分析了不同尺寸的表面缺陷及表面光滑条件下的脂润滑弹流润滑油膜压力和油膜厚度分布规律。结果表明:轴承工作过程中,球-沟道表面会形成位置、尺寸和形状随机分布的凸起和凹坑;相比于光滑表面,缺陷表面会引起油膜压力和油膜厚度显著变化,且对于同类型表面缺陷,随着缺陷尺寸的增大,引起油膜压力和油膜厚度分布变化的规律大致相同但效果增强;表面缺陷均会对轴承润滑脂的润滑效果造成不良影响。     

表面凹坑对点接触脂润滑油膜特性的影响

通过数值计算方法,研究了点接触脂润滑摩擦副表面存在凹坑时油膜厚度和油膜压力的分布规律,并与光滑表面条件下的油膜特性进行了对比。研究结果表明:点接触脂润滑摩擦副表面存在凹坑时,在凹坑边缘位置会出现油膜压力峰,而在凹坑中心周围油膜压力值较低;靠近入口处一侧凹坑边缘位置油膜厚度出现"凹陷"现象,润滑脂流经凹坑时油膜厚度则会"跃升";凹坑引起油膜压力和油膜厚度分布的变化会随着凹坑位置的变化而相应的变化;表面凹坑不利于点接触脂润滑摩擦副的润滑。     

载荷对凹陷表面的动态微弹流润滑特征的影响

研究了表面凹坑在不同接触载荷和滚滑率的情况下,通过弹流润滑区时对油膜压力和形状产生的干扰现象。根据对微弹流润滑特征分析发现,只有在表面存在相对滑动的条件下,进入弹流接触区的表面凹坑才随接触载荷 的增加被逐渐地压平变浅;而在纯滚动条件下,进入弹流接触区的表面凹坑深度几乎与载荷大小无关保持不变;所有条件下因表面凹坑进入弹流接触区产生的油膜干扰凹陷深度与载荷大小无关而保持一个稳定的值。     

表面波纹度和凹坑对线接触弹流的影响*

由于加工误差和表面损伤等,轴承零件表面会出现不同的表面形貌,表面凹坑和波纹度严重影响线接触表面的润滑性能。采用系统法求解高载和低载下波纹表面和凹坑表面的润滑膜压力和膜厚以及表层Mises应力,发现表面波纹度会使油膜压力出现波动,压力波峰处的压力值会大于光滑接触表面的油膜压力,表面会出现应力集中,高载时波纹度的影响更明显;表面凹坑会使凹坑两侧出现尖锐的压力峰,表面凹坑两侧出现肿块;当凹坑在接触中心时,油膜压力对凹坑深度非常敏感,较小的凹坑深度就会导致油膜崩溃;而出口区的凹坑会使二次压力峰移动到凹坑靠近接触中心的一侧,而且峰值压力远大于正常接触压力,凹坑处有局部高应力和严重的应力集中,高载时较小的凹坑深度会引起相对更明显的压力峰和应力集中。     

表面波纹度和凹坑对线接触弹流润滑的影响

由于加工误差和表面损伤等,轴承零件表面会出现不同的表面形貌,表面凹坑和波纹度严重影响线接触表面的润滑性能。采用系统法求解高载和低载下波纹表面和凹坑表面的润滑膜压力和膜厚以及表层Mises应力,发现表面波纹度会使油膜压力出现波动,压力波峰处的压力值会大于光滑接触表面的油膜压力,表面会出现应力集中,高载时波纹度的影响更明显;表面凹坑会使凹坑两侧出现尖锐的压力峰,表面凹坑两侧出现肿块;当凹坑在接触中心时,油膜压力对凹坑深度非常敏感,较小的凹坑深度就会导致油膜崩溃;而出口区的凹坑会使二次压力峰移动到凹坑靠近接触中心的一侧,而且峰值压力远大于正常接触压力,凹坑处有局部高应力和严重的应力集中,高载时较小的凹坑深度会引起相对更明显的压力峰和应力集中。     

基于JFO理论的滑动轴承空穴迁移及性能分析

以压滑动轴承为研究对象,建立了滑动轴承的理论模型和弹流润滑模型,对其润滑性能进行了数值仿真分析,探究了滑动轴承气穴效应对润滑性能的影响。研究结果表明,入口区的油膜压力与载荷呈现负相关,出口区的油膜压力与载荷呈现正相关;但是油膜厚度始终与载荷的大小呈现出负相关;膜厚与转速之间呈现出明显的正相关关系;随着气穴的位置由入口区向出口区移动,接触区的压力值逐渐增大;二次压力峰的位置随着气穴位置的移动而右移,并且压力峰数值变大;膜厚呈现出的趋势与压力相反;油膜的压力与气穴尺寸之间呈现出明显的正相关,气穴范围的半径越大,油膜压力相应越大,并且接触区的压力波动幅值越大。     

凹坑边缘隆起对弹流油膜的影响

采用光束干涉技术研究纯滑条件下表面单凹坑及边缘隆起对弹流油膜的影响.实验结果表明,随着卷吸速度的增加,边缘隆起处在弹性恢复阶段时,阻碍润滑油的流动,在靠近隆起处形成了明显的凹陷;当隆起完全恢复后,其对润滑油流动的影响减弱,凹陷也随之消失.比较相同工况下凹坑表面和光滑表面出口油膜的特征,分析凹坑位置对油膜的影响,结果显示凹坑表面的出口膜厚略有增加;凹坑处在接触区中央位置时对油膜的影响最为明显.     

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。     

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。     

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。     

乏油与表面划痕对纯滑动弹流接触的影响的实验研究

实验研究全膜和乏油条件下钢球表面划痕对弹流润滑的影响。使用光干涉技术观测轻载和重载时全膜和乏油条件下划痕在不同位置处接触区油膜的形状,使用MBI软件测量油膜中截面曲线。结果表明:与光滑表面结果相比,划痕在轻载条件下对油膜波动的影响更大;与全膜润滑结果相比,乏油降低了划痕对油膜分布产生的波动,并且改变了凹谷的弹性变形。     

污染物离心附着现象对水润滑动静压滑动轴承的热弹流影响

建立了污染物离心附着的弹流润滑几何模型,采用考虑了热效应的Reynolds方程,针对水润滑动静压滑动轴承因为润滑剂污染的问题进行热弹流理论分析。研究了污染物离心附着现象对轴瓦表面纹理的影响以及接触区润滑膜的压力膜厚变化,分析了由于污染物离心附着堵塞进水孔对接触区润滑膜压力膜厚的影响,探究了污染物附着层对接触区温度场的影响。结果显示:污染物的离心附着现象有效改善了轴瓦表面的粗糙形貌,并缓解了接触区的膜厚波动现象;污染物对进水孔的堵塞程度越大,供水压力越小,接触区的最小膜厚越小,最大压力越大,不利于轴承润滑;污染物附着层对水润滑动静压滑动轴承接触区的温度场有影响,当污染物与轴瓦材料的物性参数相差越大温度场变化越大,反之则变化不大。     

点接触弹流润滑供油条件退化的乏油分析

在点接触弹流润滑中,如果不能及时补充新油,则接触区的供油条件会随着润滑次数而退化。分析了供油油膜厚度、中心膜厚、最小膜厚和润滑油膜压力区形成位置与润滑次数的关系。结果表明:润滑开始时,由于供油油膜厚度较大,系统处于充分供油状态;随着润滑次数的增加,有一部分油从两侧泄漏,系统逐渐转到乏油状态,供油油膜厚度、中心膜厚和最小膜厚均逐渐变小,压力区形成位置则逐渐向Hertz接触区靠近;最终供油油膜厚度、中心膜厚和最小膜厚趋于定值,压力区趋于Hertz接触区,从而达到一种稳定乏油状态。     

三叉杆滑移式万向联轴器油膜刚度的分析

基于等温线接触弹流润滑理论,在考虑表面粗糙度的同时,建立三叉杆滑移式万向联轴器的油膜刚度计算模型,分析载荷、润滑油卷吸速度及黏度、表面粗糙度波长及幅值对润滑油膜刚度的影响。结果表明：润滑油膜刚度随着载荷及黏度的增大而增大,随着卷吸速度的增大而减小;相比较于载荷和卷吸速度,黏度对油膜刚度的影响相对较小。在远离接触区中心位置,油膜刚度变换幅度较小,在中心位置附近变换幅度最大。随着表面粗糙度波长与幅值的增大,油膜刚度呈非线性变化,且油膜刚度的振荡频率及幅度变小,油膜刚度的最大峰值靠近接触区中心。     

表面织构分布参数对流体动压润滑的影响及其数值优化

为获得最优的表面织构分布参数,以球冠凹坑织构模型为研究对象,选择不等边的矩形计算控制单元,建立水平和垂直分布距离(密度)不等的表面织构分布模型。根据流体动压润滑原理,基于Navier-Stokes方程建立二维Reynolds方程,并通过多重网格方法进行求解,以平均油膜压力和油膜压力峰值作为动压润滑性能的评价指标,研究表面织构分布间距对油膜压力数值大小和油膜压力稳定性的影响,并研究表面织构分布间距对油膜压力的影响机制。结果表明:控制区域平均油膜压力随凹坑控制单元边长的增大先逐渐增大再缓慢减小,当织构单元边长为凹坑半径的3.4倍,长宽比为0.82时,可以获得最优的油膜承载力;适当增大边界凹坑的控制单元,使边界处凹坑左右侧间距都在凹坑半径的3.4倍左右时,可以有效地提升油膜压力稳定性;泵吸作用和影响区域占控制区域比率的变化导致表面织构分布间距对油膜压力产生了影响。     

单粗糙峰的时变等温线接触弹流润滑分析

求得了带单粗糙峰时变等温线接触弹流润滑问题的完全数值解,分析了单粗糙峰对压力、膜厚的影响。结果表明,单粗糙峰造成接触区对应位置油膜压力剧烈变化而膜厚变薄。讨论了单粗糙峰半波长、速度和载荷参数分别变化时对压力和膜厚的影响,最后比较了时变解和准稳态解。     

表面波纹度对油水两相润滑轧机油膜轴承弹流润滑的影响

以轧机油膜轴承为研究对象,建立油水两相流的弹流润滑模型,利用多重网格法及Fortran程序分析表面波纹度对轧机油膜轴承润滑性能的影响。结果表明:表面波纹度对轧机油膜轴承润滑性能的影响不可忽略,并且是不利的;考虑波纹度后,接触中心区产生明显的波动现象,最大压力增大,最小膜厚减小,润滑性能减弱;随着表面波纹度幅值和波长的增加,接触区波动幅度更加显著;在一定范围内随着油水两相流体中含水量的增加,压力增大,膜厚增加,润滑能力增强。