三滚轮整体加载旋转工况光弹流试验机设计及实验

弹流润滑的光干涉法必须采用透明材料,而一般玻璃等透明材料不能承受高的拉应力,且局部柔性加载技术较为困难,制约着有限长线接触光弹流实验的开展。为了弥补目前对有限长线接触光弹流实验研究的不足,设计了一种三滚轮整体加载旋转工况光弹流试验机,并对滚子的弹流油膜形状进行了初步的实验。实验表明,该试验机可以有效地工作在旋转工况下,测量滚子类线接触弹流润滑接触表面的油膜形状及其变化情况,为今后相关弹流润滑成膜机理的理论研究提供有效的实验数据。     

滚滑比对滚动轴承摩擦性能的影响研究

采用多重网格法进行了非牛顿流体的等温线接触弹流润滑和线接触热弹流润滑的数值计算,分析了热效应和不同圆柱滚子转速下的滚滑比对滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度和压力分布的影响;基于滚滑摩擦基础性能试验台,进行了试验并研究了不同圆柱滚子转速下滚滑比对圆柱滚子-轴承内圈摩擦副摩擦性能的影响。结果表明:滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度随着滚滑比的增大不断减小,随着圆柱滚子转速的增大不断增大,且线接触热弹流润滑工况下的润滑油的油膜厚度明显小于等温线接触弹流润滑工况下的油膜厚度;随着圆柱滚子转速的增加,油膜压力不断降低,当圆柱滚子转速较大时,油膜压力受转速影响较小;在不同的圆柱滚子转速下,圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的摩擦系数随着滚滑比的增大而增大。     

圆柱滚子轴承弹流接触副刚度及阻尼系数研究

针对圆柱滚子轴承中滚子-滚道弹流接触副，建立有限长线接触非稳态弹流润滑模型，利用追赶法、快速傅里叶变换和Newmark技术数值求解接触副在自由振动下的衰减曲线。以刚体接近距离的变化作为判断接触副振动的标准，结合弹流润滑模型和有阻尼系统的自由振动模型，给出预测滚子-滚道弹流接触副动力学参数的方法，考察初始扰动量、润滑剂黏压系数、滚子长度和载荷对刚度和阻尼系数的影响。结果表明：小扰动下，初始扰动量大小对刚度和阻尼系数的影响可忽略不计；弹流润滑下的刚度小于干接触下的Hertz接触刚度；增加润滑剂黏压系数、滚子长径比和载荷，均可增大弹流接触副的刚度系数；阻尼系数随润滑剂黏压系数的增加而减小，随滚子长径比的增加而增加，随一定范围内载荷的增加而减小。     

变速多尺度润滑油膜测量试验机设计

为了研究变卷吸速度下的润滑特性,根据光干涉原理,设计出一种变速多尺度油膜测量试验机。该试验机可分为运动、支承和加载三部分。运动装置是一种曲柄滑块机构,试件由一对浮动滚子支承,载荷是通过杠杆加载在试件上。在一个试验周期内滚子的卷吸速度呈正弦变化,润滑油膜经历"弹流、薄膜和边界"的多尺度状态。利用该试验机得到的动态干涉图像可以看出变卷吸速度时有限长线接触滚子的油膜分布特征,可为研究提供可靠的试验数据。     

滚子副润滑状态转变的光干涉试验研究

利用光干涉测量技术,测量了滚子-盘有限长线接触副的润滑油膜形状和厚度,研究了滚子副的润滑状态随载荷、速度转变的规律。结果表明,接触区卷吸速度增加或载荷减小,使得滚子-盘接触副润滑状态逐渐由弹流润滑转变为流体动力润滑,且在两种润滑状态转变过程中存在过渡状态;由载荷变化引起流体动力润滑状态转变为弹流润滑状态过程中,接触区表面发生了弹性变形,使得接触区的油膜厚度增加。速度变化使滚子-盘接触处于流体动力润滑状态时,油膜出口颈缩消失,最小膜厚位置由出口颈缩处移至接触区中心,油膜光干涉图关于滚子轴线对称。     

多工况滚子摩擦副弹流润滑实验装置的设计

为了更好地观测滚子摩擦副在不同卷吸速度下的弹流润滑现象,开展有限长线接触弹流润滑油膜成膜机制的实验研究,对原有的线接触光干涉实验装置进行改进,将原有的曲柄滑块机构设计成丝杠推杆,从而将旋转运动转变成直线运动。实验表明:改进后的实验装置可以有效地实现滚子卷吸运动速度大小和运动规律的变化,可以观测到非常清晰的油膜干涉图像,在滚子接触区域油膜呈现出较为明显的弹流特征,可为线接触弹流的理论研究提供可靠的实验数据。在改进后的实验装置上,对滚子在突然加速的工况下进行了实验研究,由于步进电机的特点,在突然加速的瞬间有极短的停顿,导致挤压效应较为明显,油膜被封在滚子的接触区域内形成凹陷,出现封油现象,当滚子卷吸速度增加时,油膜厚度也会随之增加。     

零卷吸条件下滚子摩擦副弹流特性的实验研究

采用线接触光弹流实验装置,在摆动工况下研究滚子在零卷吸速度条件下的弹流特性,探讨不同周期同一载荷下滚子摩擦副在零卷吸速度时油膜厚度的变化情况,以及载荷对零卷吸速度下滚子弹流特性的影响。结果表明:在滚子转速近零卷吸速度时,挤压效应起主导作用,油膜被封在接触区内,形成凹陷,并且该处油膜较为稀薄;在往复运动工况下,滚子周期性运动的次数影响零卷吸速度时滚子的油膜厚度,在起动瞬间滚子中部的油膜厚度最小,随着摆动次数的增加,滚子中部的油膜厚度逐渐增加,多次摆动后,油膜将达到相对稳定的厚度;载荷对滚子零卷吸速度下的弹流特性影响较大,随载荷的增大接触区增大,滚子端部最小油膜厚度变小,滚子端部边缘效应增大。     

滚子端面误差对弹流润滑影响的实验观测

工程中滚子的端面误差会引起修形凸度量和摩擦副实际接触长度发生变化,从而改变有限长线接触滚子弹流润滑的膜形、膜厚。为了揭示滚子端面误差对弹流润滑油膜的影响,采用对数滚子进行实验研究,观测滚子摩擦副弹流润滑状态的油膜厚度和形状。结果表明：当外载荷引起滚子的弹性变形量与修形凸度量相当时,滚子端面误差实际改变了滚子摩擦副的接触长度,对线接触端部弹流润滑油膜有较大的影响,位于滚子端部的最小油膜厚度、封闭的牛顿环呈现异常波动,“边缘效应”加剧;当外载荷引起滚子的弹性变形量明显小于修形凸度量时,滚子摩擦副的实际接触长度不发生变化,滚子端部最小接触压力与出口颈缩区接触压力基本相等,没有出现“边缘效应”,滚子端面误差对弹流润滑油膜不产生影响。     

内燃机排气凸轮-滚轮副异常工况下热弹流润滑分析

以某型号内燃机排气凸轮-滚子副为研究对象，建立有限长线接触条件下瞬态热弹流润滑数学模型及完全数值求解方法。依据实际载荷谱等工作参数下，给出凸轮-滚子间的滑动模型，获得凸轮-滚子副在凸轮旋转周期内润滑特性，并分析凸轮与滚子之间的打滑、滚轮偏斜和滚轮凸度对接触副润滑的影响。结果表明：打滑导致接触区温度和摩擦因数明显升高，从而弱化接触区润滑状态；滚子偏斜时油膜厚度明显减小，增加润滑失效的可能性。研究表明，在设计滚子凸度时考虑滚子偏斜问题的影响，可以在一定程度上缓解其负面影响。研究结果为凸轮-滚子副的润滑设计提供了一定的理论依据。     

对数母线滚子光弹流润滑的实验研究

为了研究对数母线滚子凸度量对滚子摩擦副润滑油膜的影响 ,本文在自制的有限长线接触光干涉弹流试验机上 ,测量了中载、富油润滑和纯滚动工况下对数修形圆锥滚子与玻璃盘之间的油膜形状与膜厚。实验结果表明对数母线轮廓滚子的凸度量对其端部的油膜厚度和膜形分布有较大的影响 ,在给定的工况条件下 ,存在一个使滚子轴向油膜厚度最为均匀的最佳凸度量 ,此最佳凸度量比在相同工况条件下用静弹性接触力学方法求得的最佳凸度量大     

有关双圆盘弹流牵引力试验机滚子轴轴承摩擦力矩的测定

本文提出一种测量与计算相结合的双圆盘弹流牵引力试验机滚子轴轴承摩擦力矩测定法,并分析了由该方法给出的一例双圆盘弹流牵引力试验机滚子轴轴承摩擦力矩的测试的结果。     

球面滚子的热弹流研究

采用有限长弹流润滑模型分析研究了球面滚子的润滑问题。研究表明:当实际接触长度小于名义接触长度时,球面滚子的润滑具有点接触弹流特征;随椭圆比或载荷的增大,球面滚子的润滑状态由点接触润滑状态向线接触润滑状态转变,出现端部压力升高和端部膜厚减小的现象,并且边缘效应的出现总是与端部膜形闭合效应的消失相对应,得出了设计此类接触副时应保证足够的名义接触长度的结论。     

应用光干涉法研究弹流油膜厚度和形状

弹流研究中,测量摩擦副之间的油膜厚度是一项十分重要的工作。本文叙述了应用光干涉法观测点接触弹流油膜厚度和形状的试验研究。介绍了试验原理和使用的装置。文中给出了不同载荷、不同速度下纯滚动时的光干涉图象,以及根据试验画出的油膜厚度曲线。     

四线接触轴承滚子疲劳寿命试验机的技术改进

针对某型轴承滚子四线摩擦副滚动接触疲劳寿命试验机存在滚滑现象及润滑冷却效果不佳等问题,对其驱动系统和冷却系统加以改进。采取三轴同步驱动代替原有的两轴驱动,以降低各滚子接触副之间的滑动,实现纯滚动接触;采用进油口风冷与双侧喷油润滑,有效提高了润滑油冷却与各接触副润滑的效果。对比试验表明:在相同试验工况下,各滚子接触副之间的滚滑现象明显降低,试验温升也显著降低,冷却与润滑效果改善,试验机运行稳定。     

凸度滚子重载变速工况弹流润滑的实验研究

用线接触光弹流实验装置,对数凸度滚子重载变速工况进行实验研究。实验时载荷为0.92GPa,滚子的卷吸速度按正弦规律变化。结果表明:重载变速工况下润滑油膜的变化受到挤压效应和楔形效应的作用,呈现明显的马蹄形弹流特征,滚子端部出现闭合效应;当载荷足够大时,对数凸型滚子弹流润滑状态下的油膜沿轴向分布也会呈现不均匀,出现明显的"边缘效应"。因此在对滚子轮廓的凸度量设计时,需要考虑滚子轴向的最大接触应力,工作时的载荷不应大于这个值。     

轴承滚子四线摩擦副滚动接触疲劳寿命试验台架设计

介绍了一种新型高效的轴承滚子四线摩擦副滚动接触疲劳寿命试验机。试验机主要包括驱动装置、从动装置和加载装置3部分,附加装置中的振动加速度传感器、热电偶、接近开关分别测量振动、温度和转速。试验滚子每转动1周承受4次等强度循环接触载荷作用,试验滚子的转速可达22 500 r/min,最大接触应力理论上可达4 GPa。该试验机可用于评定各种材料轴承滚子的滚动疲劳性能。     

滚子副温度对润滑性能的影响

针对工作环境、温度变化较大的机械装备中滚子副温度与供油温度的差异,提出处理滚子副温度与供油温度不同时热弹流润滑问题的方法.压力的求解采用多重网格法,膜厚的求解采用多重网格积分法,温度的求解采用逐列扫描技术,给出有限长线接触热弹流润滑问题的完全数值解.研究滚子副温度与供油温度相同和不同时滚子副的润滑特性,讨论滚子副温度、滑滚比和速度参数对齿轮、滚动轴承等机械零件润滑性能的影响.结合滚子副温度高于或低于供油温度的实例,与常规润滑(滚子副温度与供油温度相同)结果进行比较.结果表明,润滑膜厚度取决于滚子副温度而非供油温度.滑滚比对油膜压力与厚度影响不大,但对油膜温度影响显著.与低速相比,高速条件下滚子副温度对中心油膜温度的影响较弱,而对油膜厚度的影响较大.     

滚针弹流润滑双干涉测量技术设计及试验

滚针长径比大于3,其接触区域长宽比常大于100,若用常规单弹流油膜光干涉测量装置,只能得到接触副上某一点的成膜信息,无法同时获得长度方向的成膜情况.为了更加准确地研究滚针接触副在两个不同部位的弹流现象异同,介绍了 一种间距可调的紧凑式双干涉图像显微装置设计,并将其用于同时捕捉滚针在摆动工况下两个不同部位的弹流润滑膜厚与膜形.结果表明该装置能够高质量地同时获取滚针接触副上间距大于8 mm的两处弹流光干涉图像,从而可以开展滚针接触副在正、偏载工况下的膜厚与膜形变化研究,为研究修形滚针接触副的成膜机理提供了一种新的有效手段.     

对数修形圆锥滚子轴承接触副径向刚度分析

以Hertz弹性接触理论为基础,推导出对数修形圆锥滚子与滚道之间的接触变形公式,依据弹流润滑理论,建立对数修形圆锥滚子轴承滚子-滚道接触副等效刚度分析模型,通过实例对对数修形圆锥滚子轴承进行有限元静力学接触分析,得到滚子、滚道接触变形分布。结果发现:接触变形随滚子有效长度和等效曲率半径的增大而减小;等效接触刚度随着接触载荷的增大而增大,等效接触刚度随着滚子有效接触长度增大而呈线性增大,随着修形量增大变化很小。     

倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动热弹流润滑分析

为了改善蜗杆传动副的润滑性能和抗胶合能力,提高其传动效率,在弹性流体动压润滑理论和倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动啮合特点研究的基础上,建立了倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动的线接触弹流润滑模型;基于Ree-Eyring流体线接触弹流润滑膜的数学模型,分析传动过程中等温最小油膜厚度及热弹流润滑最小油膜厚度的分布规律,分析了滚柱半径、滚柱偏距、喉径系数及倾斜角对热弹流润滑最小油膜厚度的影响。分析结果表明,倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动具有更好的润滑性能;滚柱半径和喉径系数对传动副的润滑性能影响最大,为了使该传动副保持较好的润滑性能,其滚柱半径不宜过大,滚柱偏距和喉径系数不宜过小。