考虑倾斜的非接触机械密封高阶非线性特性分析

为较好地获知非接触密封动力学特性,提出了一种考虑倾斜的密封高阶非线性油膜力和动特性系数求解数学模型的扩展模型,该模型包括倾斜因素下的密封间隙流体油膜厚度方程、油膜瞬态压力求解方程;利用该模型可得到密封间隙内油膜对密封环的高阶油膜力表达方式,及高阶非线性项时的油膜力相对误差。通过算例分析,结果表明随着无量纲非线性稳态油膜力阶数的增加,油膜力计算相对误差越来越小;随着油膜厚度的增大,非线性稳态油膜力、非线性刚度系数和阻尼系数减小。     

同步器同步机理建模与结构影响因素分析

针对同步器结合过程,利用平均雷诺方程和微凸体摩擦原理,建立了油膜压力、微凸体接触力、同步环轴向力、同步力矩4个数学模型,运用4-Runge-Kutta法对油膜厚度和转速差进行耦合数值求解,分析了同步器结合过程油膜厚度、转速差、粘性剪切转矩、粗糙摩擦转矩以及总转矩的变化规律.对同步器结合过程数学模型进行试验验证后,利用所建模型研究了同步环宽度、同步环半径、摩擦锥角以及摩擦材料厚度等因素对同步器结合过程的影响规律.结果表明:同步环宽度增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率减缓,粗糙接触转矩响应延迟,同步时间增加;同步环半径增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率加快,同步时间缩短;同步环摩擦锥角增大,粘性转矩增大,粗糙接触转矩减小,转速差下降速率变缓,同步时间增加;摩擦材料厚度增大,粗糙接触转矩相应加快,油膜厚度下降速率增大,最小油膜厚度减小,同步时间缩短.     

轴向往复运动下微槽轴承混合润滑数值模型

建立了考虑轴向往复运动以及轴颈偏斜的人字槽滑动轴承混合润滑(Mixed-EHL)数值模型。通过瞬态平均雷诺方程求解了考虑表面粗糙度效应的油膜压力,通过影响系数法求得轴瓦内表面弹性变形,而界面接触压力则由Lee-Ren粗糙峰接触模型求得。通过数值模拟得到了承载力、接触载荷比、摩擦因数等参数随时间的变化规律,并研究了往复运动间距及偏斜角对混合润滑性能的影响。研究表明:油膜力与轴向速度呈同相变化,接触载荷与轴向速度呈反相变化;随运动间距的增大,滑动轴承在反向运动历程中的承载能力和润滑性能显著降低;偏斜角增大会降低轴承的混合润滑性能以及承载能力。     

考虑轴倾斜的滑动轴承流固耦合瞬态分析

考虑轴受力产生变形引起的轴倾斜,采用流固耦合方法,直接求解Navier?Stokes方程,对滑动轴承系统中轴和润滑油膜进行三维瞬态分析,同时求解流场和固体域,得到油膜动态压力分布、轴心的运动轨迹和不同转速下油膜厚度分布. 结果表明,轴倾斜使油膜压力分布和轴心轨迹变化明显,最小油膜厚度减小,流场压力峰值增大. 通过对滑动轴承的三维瞬态分析可以预测轴承工作过程中实时的轴心轨迹、压力分布、油膜厚度等润滑特性,为滑动轴承的优化设计提供参考.     

三叉式万向联轴器的等温非牛顿润滑特性分析

流体普遍存在着非牛顿特性,因此对润滑油所表现出来的非牛顿特性进行研究显得尤为重要。应用新型三叉式万向联轴器的润滑模型,假定在新型三叉式万向联轴器工作时润滑油的温度和与其相接触的联轴器表面的温度是处处相等的,并将润滑油假设为Ree-Eyring型流体,利用多重网格法进行数值分析,进而研究等温非牛顿流体条件下新型三叉式万向联轴器的润滑特性。探讨有效半径、频率、振幅、简化弹性模量、载荷和黏度等因素对新型三叉杆万向联轴器润滑特性的影响,分析了这些因素对联轴器在润滑过程中的压力、油膜厚度、最小油膜厚度、中心油膜厚度以及最大压力的影响,以便对它的润滑特性进行改进。     

基于分形理论的机械密封干摩擦时端面接触特性的研究

针对碳石墨与碳化钨配对机械密封在干摩擦时端面的接触特性进行研究,在考虑动、静环材料属性,端面微凸体之间的相互作用,摩擦运动方向以及摩擦热流的基础上,建立了三维粗糙实体与理想光滑刚体的转动摩擦热-力耦合模型,采用ABAQUS有限元分析软件对其瞬时干摩擦过程进行数值模拟。研究结果表明：粗糙端面的真实接触面积随外载荷的增大近似线性增加;随着外载荷与滑动速度的增加,粗糙端面最大接触压力保持在415～432MPa范围内,表现出“自限性”;粗糙端面温度分布不均匀,外载荷与速度增加会导致端面整体温度增加。端面最高温度的位置受到局部接触压力和局部滑动速度以及局部热传递的共同影响;API682标准中提出抑制机械密封的介质压力≤0.07MPa是有必要的,可以防止干摩擦时密封环温升过高。本研究可对探索机械密封摩擦端面热损伤、摩擦磨损研究以及机械密封设计提供借鉴。     

面齿轮等温点接触弹流润滑分析

建立面齿轮等温点接触弹流润滑模型,通过F O R T R A N语言编程计算面齿轮的油膜厚度和压力;分析小齿轮转速、面齿轮所受载荷和润滑油黏度对面齿轮润滑特性的影响。研究结果表明:转速和润滑油黏度越大,油膜厚度也越大,而载荷越大油膜厚度越小;二次压力峰随转速和润滑油黏度的增大而越明显,但随载荷的增大而趋于消失。     

表面粗糙度幅值对点接触混合润滑的影响

建立了粗糙表面点接触混合润滑的数学模型。针对外加载荷为800N和80N,润滑油卷吸速度由静止增加到5000mm/s的工况,引入油膜厚度比、接触区域比、接触载荷比和最大压力比等混合润滑参数,分析了3种不同表面粗糙度幅值对混合润滑性能的影响。分析结果表明:接触表面的粗糙度幅值对混合润滑区域内平均油膜厚度、最大压力等均有显著影响。     

破冰船推力轴承特性研究

借助有限元分析方法,对某破冰船与冰层相撞过程进行仿真从而得到冰载荷,在此瞬态过程中对点支承扇形瓦推力轴承的瞬态动特性进行了计算,并结合刚度系数和阻尼系数对轴承动特性进行分析。结果表明:针对某一船舶,最大冰载荷与船速、冰层厚度近似成正比;最大冰载荷出现在碰撞过程中前1s的时间内;油膜厚度随载荷的增加变薄,油膜刚度系数、阻尼系数随油膜厚度减小而变大,且变化规律相同。     

超声波测量油膜厚度方法误差分析

为了获得温度、压力以及数值计算对超声波测量油膜厚度方法的误差影响,本文对2种超声波测量模型:谐振模型和等效弹簧模型开展理论分析。利用泰勒展开式建立了模型中反射率、频率与误差的关系;并基于数值拟合方法得到ISO 4113标准试验油的温度、压力、密度和介质声阻的关系方程,从而求出温度压力对测量结果的影响。研究确定了超声波反射率的合理取值范围,并得出结论:随着温度的升高,油膜厚度计算值减少;随着压力的提高,油膜厚度计算值变大;超声波频率越低,温度和压力的绝对影响越大。     

速度作用下非线性弹性地基上矩形薄板主共振

本文基于非线性弹性地基模型及弹性理论,建立了非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下的非线性动力方程,运用Galerkin方法及多尺度法求得该系统主共振的幅频响应方程,以行车速度为调谐参数,分析阻尼系数、车辆荷载、板厚及相位差等参数对非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下主共振幅频响应的影响。结果表明:非线性弹性地基上矩形薄板在行车速度作用下主共振系统的非线性特点不明显,振幅-速度响应曲线接近对称,改变阻尼系数、车辆荷载等参数时对共振区间影响不大。在正常取值范围内,随着阻尼系数值增大振幅-速度响应曲线峰值减小;随着车辆荷载、板厚及相位差的增大振幅-速度响应曲线峰值增大。     

燕尾型轴向槽道热管薄液膜热传递及实验验证

基于薄液膜的传热传质理论建立了燕尾形槽道热管的蒸发段与冷凝段热传递的数学模型,利用Laplace-Young方程得到不同负荷下的轴向毛细半径分布.分析求解了蒸发段温降与冷凝段的温降随热负荷的变化,进而得出了热管温降随热负荷的变化.实验研究了热管在不同冷源温度下温降随热负荷的变化.结果表明:槽道中液膜厚度沿轴向逐渐增厚;蒸发段和冷凝段温降随热负荷增大而增大;通过比较模型预测值和实验测量值,发现两者吻合较好,进一步验证本文所建的模型的正确性.     

蜗杆传动参数对最小油膜厚度的影响及其摩擦学公式的设计

基于蜗杆传动的弹流润滑,建立了蜗杆传动的理论模型.采用复合直接迭代法求解最小油膜厚度,并利用MATLAB软件对最小油膜厚度进行了计算,探讨了蜗轮蜗杆的关键性参数对油膜厚度的影响.研究结果表明:在数值选取范围内,最小油膜厚度随蜗杆分度圆导程角、蜗杆头数、转速及蜗轮直径的增大而增大,随蜗杆输入功率和载荷系数的增大而减小; 蜗杆齿顶圆上的最小油膜厚度比齿根圆上最小油膜厚度大; 将本文的强度设计公式(5)和润滑设计公式(8)进行联立计算,得到摩擦学设计公式.     

波动载荷下静压支承油膜的数值仿真

为了进一步优化静压支承系统的设计并为其安全运行提供依据,根据实际工程中的液体静压支承系统,运用CFD-ACE+建立了系统中油膜的数值模型,并进行波动载荷下动态数值模拟计算.根据计算结果,并对比理论公式,详细分析了在波动载荷下油膜承载力与刚度的变化特性以及供油速度对其变化特性的影响.结果表明:惯性作用使油膜厚度及承载力对载荷变化的响应存在一定延迟,并且该延迟受供油速度影响;油膜承载力随厚度的变化关系在载荷增大与减小的过程中并不重合;油膜刚度在载荷达到最大值与最小值时最不稳定.     

有限长轴颈轴承的弹性流体动力润滑分析

为研究变形对有限长轴颈轴承弹流润滑特性的影响,利用Winkler弹性基础模型对其进行分析,使用压力和膜厚双重迭代方法进行数值模拟求解。其结果表明:载荷越大,刚性轴承与柔性轴承的油膜压力和厚度差异越大;在轴承表面变形的条件下,随载荷的增大,偏心率随转速增大而减小的幅度变小,偏位角随转速增大而增大的幅度亦变小;随转速的增大,偏心率随载荷增大而增大的幅度变大,偏位角随载荷增大而减小的幅度亦变大。此外,还研究了在定载荷条件下轴承宽度、厚度、润滑油黏度、间隙等参数对油膜压力、厚度及破裂位置的影响规律。该研究成果可为轴颈轴承的设计及其性能计算提供相应的理论参考。     

圆锥滚子轴承滚子/滚道副的脂润滑热成膜性能

考虑圆锥滚子轴承的非等截面属性和脂润滑状态,基于润滑脂Power-law流变模型,结合脂膜能量方程和固体热传导方程,建立轴承滚子与滚道接触的非等温脂润滑模型,分析滚子修形、打滑、歪斜和倾斜等对接触副脂润滑热成膜性能和拖动性能的影响. 结果表明：在未发生倾斜或歪斜时,Lundberg对数母线修形滚子的最小膜厚略大于切交母线修形滚子,而压力峰值略小于切交母线修形滚子. 在考虑温度效应后,脂膜厚度减小,压力峰值增大. 倾斜运动导致滚子主要承载端的脂膜压力和颈缩量增加,膜厚减小,因此滚子修形应考虑倾斜运动的影响;歪斜运动对膜厚和压力分布的影响则相对较小. 滚子/滚道副的脂润滑拖动系数随打滑加剧呈现先增大后减小的趋势.     

界面缺陷对压电薄层复合结构中Love波的影响

基于剪切弹簧模型,建立考虑界面缺陷情形的弹性基底上覆盖压电薄层的复合结构中Love波的频散方程,并研究界面缺陷对Love波传播特性的影响,给出铝基底上覆盖PZT4压电薄层复合结构中Love波的频散曲线.数值结果表明:(1)对于长波情形,不同缺陷程度复合结构的Love波一阶模态的相速度均趋于弹性基底层的剪切波波速,而对于短波情形,则趋于压电薄层的Bleustein-Gulyaev(B-G)波波速;(2)界面缺陷的存在总是降低该复合结构内Love波的相速度,在一些特殊频率范围,Love波的相速度对界面缺陷非常敏感;(3)界面缺陷对压电层内的机械位移模态和电势模态有显著影响,且影响最大区域出现在界面附近.     

滤波减速器轮齿表面瞬态微观弹流润滑模型

针对滤波减速器接触齿对多、齿间润滑状况复杂这一问题,建立了滤波减速器轮齿弹流润滑模型.该模型综合考虑了啮合齿对载荷分配、齿面几何间隙以及齿面加工粗糙度等因素,并采用牛顿(有限元)法实现了该润滑模型的完全数值解,得到了齿间油膜厚度、油膜压力沿啮合线的分布规律以及粗糙度对轮齿润滑特性的影响.结果表明:齿间油膜厚度和压力沿着啮合线变化,且存在着振荡和突变现象;加工粗糙度会导致齿面油膜厚度减小,润滑情况变差;正弦波状粗糙度表面的压力、膜厚值接近于真实粗糙度表面,一定程度上可以采用正弦波状粗糙度模拟齿面真实加工粗糙度.