内燃机凸轮-滚轮型接触副弹流润滑分析

基于某内燃机凸轮-滚轮型机构，建立相应的接触副弹流润滑数值模型，得到凸轮旋转周期内运动副的完整润滑状态，并分析滚轮凸度、润滑油黏度及凸轮-滚轮间打滑现象的影响。结果表明：一个周期内，凸轮-滚轮接触副的润滑状态可分为波动期和平稳期，与凸轮升程的改变规律相对应；滚轮凸度会影响接触副的润滑状态，且接触区压力分布对其十分敏感；提高润滑油黏度在一定程度上可以起到优化接触区压力分布，改善润滑状态的效果；凸轮-滚轮间打滑现象则会降低接触区成膜厚度，尤其是对润滑油温升和摩擦因数的影响更为显著。     

对数滚子偏斜时的弹流润滑研究

针对工程上滚子摩擦副偏斜的问题,研究了对数滚子偏斜时的弹流润滑特性。研究表明,偏斜后接触区出现大端和小端,大端处的压力增大而膜厚减小,小端处的压力减小而膜厚增大,并且这一趋势随着偏斜角的增大而趋于明显。偏斜现象总体上将恶化滚子的润滑状态。在同样的偏斜角下,滚子长径比越大,偏斜的影响越显著。适当增大对数滚子的凸度量可减弱偏斜现象的影响,因此,对于易发生偏斜的工况,设计时可适当增大滚子凸度量以补偿偏斜因素的影响。     

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。     

船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副混合热弹流润滑分析

凸轮-滚轮副是大功率船用发动机配气机构的关键摩擦副,除受到弹簧力和自身的惯性力之外,还受到来自喷油器的极高燃油压力,工作条件极为苛刻。为了分析该摩擦副的性能,建立船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副的混合热弹流润滑模型,计算燃油压力作用下的摩擦副油膜润滑、摩擦温升和磨损性能。结果表明：喷油器的燃油压力会显著降低凸轮-滚轮摩擦副之间的油膜厚度,同时产生较为严重的微凸体接触;随着环境温度的提高,凸轮-滚轮副的油膜厚度以及油膜温升会有所下降,而微凸体接触压力、摩擦力以及摩擦功率均会显著增加;滚轮打滑会造成凸轮-滚轮摩擦副的油膜厚度下降,同时导致油膜温升以及微凸体接触压力增大和并且致使表面磨损显著加剧。     

变载偏斜圆柱滚子轴承打滑动力学分析

考虑径向间隙、滚子凸度等因素,采用切片方法处理偏斜滚子与滚道之间的三维线接触问题,提出径向力和弯矩联合作用下圆柱滚子轴承载荷分析方法;基于Hertz接触和弹流润滑理论,获得了滚子与内外滚道之间的时变摩擦力和摩擦力矩,进而考虑滚子与保持架之间的非连续弹性碰撞,建立变载偏斜圆柱滚子轴承打滑非线性动力学模型。与文献结果、试验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的准确性。数值仿真结果表明:增加径向力、增加弯矩、增加时变径向力幅值均会降低滚子的最大打滑速度;时变径向力会改变打滑速度的波动周期。     

偏心凸轮副时变乏油润滑数值分析

为研究乏油条件下偏心凸轮副的润滑状态,基于凸轮-挺杆机构建立时变乏油润滑模型,探究一个周期内6个典型瞬时(60°、120°、180°、240°、300°、360°)的压力和油膜厚度变化规律,并分析不同凸轮旋转角度下转速、初始载荷和润滑油黏度等参数对接触区润滑状态的影响。结果表明：当凸轮转至180°时,膜厚最小,压力最大,乏油状况最严重;限量供油下最小膜厚出现在凸轮转角为180°时,但是凸轮转角为0°时乏油速度最快,乏油程度更深;增大凸轮旋转速度时乏油速度更快,乏油程度更深;相同供油条件下,润滑油黏度越高使得接触区乏油情况越严重,乏油速度更快,乏油程度更深;载荷对接触区的润滑状态的影响较小,只在凸轮转角为0°接触区卷吸速度最大时,能够体现出载荷对接触区润滑状态的影响。     

圆柱滚子轴承的极限偏斜角判定方法研究

提出一种判定全膜弹流润滑下圆柱滚子轴承滚子极限偏斜角的方法。以NU206E圆柱滚子轴承为研究对象，建立偏斜状态下的有限长线接触弹流润滑模型，通过拟合偏斜角与最小油膜厚度的关系曲线，结合膜厚比公式，探究全膜弹流润滑下的滚子极限偏斜角。结果表明：当滚子偏斜后，滚子与滚道间的油膜压力和油膜厚度分布不再关于Y=0截面对称，而是一端油膜压力增大、油膜厚度减小，另一端相反，并且压力的变化更为明显，引起了接触压力集中的现象；随滚子偏斜角的增大，最小油膜厚度减小，压力集中于一端的现象越加明显；当滚子偏斜角大于极限偏斜角时，轴承不再处于全膜弹流润滑状态，润滑效果变差。研究成果可为偏斜状态下轴承润滑状态的判断提供参考。     

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。     

滚子凸度设计

以基于影响系数法的数值方法讨论了滚子凸型对接触压力分布的影响,包括有限长线接触条件下的接触压力奇异性和压力集中问题。指出滚子凸度设计必须避免接触压力的奇异分布,并减小压力集中。因此,Lundberg对数凸型是滚子设计中的优化凸型,其凸度量按使用条件确定。本文的结论还适用于其他机器零件(齿轮、凸轮等)的线接触副设计。附图6幅,参考文献5篇。     

船用柴油机凸轮动态摩擦学分析及型线优化设计*

柴油机配气凸轮工作环境较为恶劣,工作过程中配合界面间载荷、速度及曲率半径等工况周期性变化,导致润滑接触条件苛刻,磨损情况恶劣。以某船用柴油机配气凸轮机构典型工况为算例,针对凸轮-挺柱常见的磨损问题,研究凸轮-挺柱动态接触特性;采用余弦-等速段和高次五项式对凸轮型线进行优化设计,并对凸轮-挺柱副动态接触及弹流润滑状态进行数值分析。结果表明:原凸轮磨损的原因是凸轮-挺柱副在运动周期内动态接触应力出现明显波动,最大值超过许用应力值;经型线优化设计后,凸轮-挺柱动态接触应力降到许用值以下,改善了动态接触特性,凸轮型线具有较好的润滑特性,运行过程中可保持较稳定的油膜润滑状态;凸轮转速和接触载荷的改变会直接影响凸轮-挺柱的润滑状态,尤其是随凸轮转速增大,润滑膜厚增大,压力减小,润滑接触状态明显改善。     

N次谐波凸轮-挺柱副的润滑特性分析

将线接触弹流润滑理论应用于发动机配气机构，计算了某N次谐波凸轮-挺柱副润滑的稳态最小膜厚、膜厚比等参数，分析了凸轮．挺柱副稳态润滑在设计转速下随凸轮转角的变化特征，比较和讨论了发动机转速变化对润滑性能的影响。结果表明，凸轮桃尖区多为部分弹流润滑状态和边界润滑，工作段其它部分多为部分弹流、完全弹流和动力润滑状态。曲轴转速提高一般情况下对增加稳态最小膜厚有利，但由此导致的载荷波动量增加对最小膜厚的稳定性不利，从而使表面摩擦和磨损的可能性增加。     

Limit transmissible torque in the traction drive of a concave and convex roller pair

This paper presents a study on the limit transmissible torque in the traction drive of a concave–convex roller pair. The transmitted torque, the specific sliding, the roller surface temperature and the oil film formation under different contact pressures and roller speeds were simultaneously measured by carrying out a concave–convex roller test. The effect of the lubricant on the limit transmissible torque of the concave–convex roller pair was investigated. Furthermore, the experimental results were compared with theoretical ones based on the thermal elastohydrodynamic lubrication theory, which takes account of the effects of viscous heating and Eyring viscosity. Close agreement between the theoretical and experimental results was obtained.     

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。     

基于接触应力及润滑特性分析的配气凸轮基圆半径计算

平底配气凸轮机构凸轮基圆半径的选择将直接影响凸轮机构的结构尺寸、接触应力和润滑性能。利用赫兹应力公式对平底配气凸轮机构接触应力进行分析,利用弹性流体润滑理论对其进行弹性流体动力润滑分析,得到了基圆半径与接触应力和润滑系数间的关系。结果表明：增大凸轮基圆半径可以降低凸轮接触应力,但却不一定能改善凸轮润滑情况;对于给定从动件运动规律的平底配气凸轮机构,利用赫兹应力公式和弹性流体润滑理论同时对基圆半径的取值范围进行约束,才能使配气凸轮同时满足接触应力和润滑要求,从而保证配气机构的可靠性和耐久性。     

Effect of shot peening on rolling contact fatigue and lubricant film thickness within mixed lubricated non-conformal rolling/sliding contacts

The effect of shot peening on rolling contact fatigue (RCF) and lubricant film thickness within non-conformal rolling/sliding contacts operated under mixed lubrication conditions was observed in this study. Rolling contact fatigue tests and film thickness measurements were carried out using specimens with modified surface topography by shot peening process using glass beads having diameter between 0.07 and 0.11 mm. It has been shown that the effect of shot peening on RCF has no positive effect even if shot peened surface of the roller exhibited somewhat higher hardness in contrast to the grounded surface. The reduction of RCF may be caused due to asperities interactions because after shot peening the surface roughness of the roller was increased. Film thickness measurements confirmed that the contact is realized actually only between asperity peaks of shot peened ball and smooth disc.Conversely, no negative effect on RCF was observed when the shot peened surface of the roller was polished. The polish of asperity peaks causes the creation of lands and micro-cavities, which may be employed as lubricant micro-reservoirs. From film thickness measurements it has been observed that lubricant emitted by shallow micro-cavities can provide the local increase in lubrication film thickness, which thereby reduces asperities interactions. Similar results were obtained for start-up conditions where the squeeze lubricant enlarges film thickness and reduces surface interactions.From the obtained results, it can be suggested that properly designed surface topography modification could help to increase the efficiency of lubrication films leading to the enhancement of contact fatigue life of non-conformal mixed lubricated rolling/sliding contacts.     

航空发动机主轴圆柱滚子轴承弹流动态性能仿真

基于现代弹流理论和弹性力学理论建立了圆柱滚子轴承等温稳态、非等温时变及其接触面粗糙的热弹流分析模型和应力分析模型,用数值分析方法对模型进行了求解,并对圆柱滚子轴承弹流动态性能和滚动体接触应力进行了仿真。仿真结果表明,轴承速度、载荷、粗糙度是影响轴承弹流性能的主要因素;在不考虑其它因素情况下,接触区内中部的接触应力最高。