弹流润滑中圆柱滚子轴承接触体内应力分析

基于现代弹性流体动力润滑理论和弹性力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承非等温时变的弹流分析模型、轴承套圈与滚动体接触时接触体内应力分析仿真模型。用数值分析方法对模型求解,并用Tecplot软件对轴承接触体内应力分布进行仿真。仿真结果分析表明,弹性流体动力润滑中轴承速度及其所受载荷是影响轴承接触体内部应力分布的主要因素;在不考虑其它因素情况下,接触区内中部靠接近表面的区域接触应力最高,改善接触体表面压力,可以有效改善接触体内等效应力分布。     

基于滚道表面粗糙的高速圆柱滚子轴承弹流的理论分析

建立了基于表面粗糙的高速圆柱滚子轴承非稳态时变热弹流分析模型,分析了轴承滚道与滚动体接触表面粗糙度幅值大小及其方向对轴承弹流性能的影响。理论分析表明：轴承接触表面粗糙纹理方向、粗糙度幅值及其粗糙度波长对高速圆柱滚子轴承的弹流特性具有显著的影响;合理选择轴承接触表面粗糙度幅值、波长及纹理方向,可以有效改善高速圆柱滚子轴承的弹流特性。     

滚道表面粗糙度对高速圆柱滚子轴承弹流的影响

建立了基于表面粗糙度的高速圆柱滚子轴承热弹流分析模型，分析了轴承滚道表面粗糙度幅值大小及其方向对轴承弹流的影响，结果表明：轴承滚道表面粗糙度、表面粗糙纹理方向、粗糙度幅值及其粗糙度波长对高速圆柱滚子轴承的弹流特性具有显著的影响；选择合理的轴承滚道表面粗糙度幅值、波长及纹理方向，可以有效改善高速圆柱滚子轴承的弹流特性。     

基于热-应力耦合的高速圆柱滚子轴承凸度值分析

考虑到圆柱滚子轴承在运转过程中温升对轴承性能的影响,基于滚动轴承动力学理论、摩擦学原理和热分析理论,利用ANSYS建立了圆柱滚子轴承热-应力耦合有限元分析模型,分析了对数修形滚子的凸度值对轴承温升和接触应力的影响以及径向载荷和转速对最优凸度值的影响。结果表明:滚子最高温度随凸度值增大而增大,最大接触应力随凸度值的增大先减小后增大;考虑耦合时轴承零件的接触应力大于未考虑耦合时的接触应力;考虑耦合时滚子最优凸度值随径向载荷和转速的增大而增大,未考虑耦合时滚子最优凸度值随径向载荷增大而增大,但不随转速增大而变化。     

表面粗糙度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响

为了揭示表面粗糙度对圆柱滚子轴承线接触稳态弹流润滑性能的影响,本文建立了具有表面粗糙度的圆柱滚子轴承弹流润滑模型,并推导出了摩擦系数方程;采用有限差分法求解了圆柱滚子轴承的弹流润滑性能,并分析了余弦粗糙度幅值、波长和纹理角度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响.数值结果表明:随着粗糙度幅值的增大,油膜厚度和油膜压力在粗糙度波峰波谷处的波动增大;随着粗糙度波长的增大,油膜厚度逐渐减小,油膜压力的波动逐渐减小;横向粗糙度更有利于提高承载能力,降低摩擦系数.因此,在合理的范围内增加粗糙度的幅度和波长,采用交叉纹理,有利于提高圆柱滚子轴承的弹流润滑性能.     

高速圆柱滚子轴承弹流润滑研究现状与发展

从弹流润滑理论和实验技术两个方面综述高速圆柱滚子轴承弹流润滑研究现状，并指出现有研究所存在的问题，及未来高速圆柱滚子轴承弹流润滑研究的方向。     

新型空心圆柱滚子的承载性能研究

设计合理的普通空心圆柱滚子,虽然可以大幅度降低轴承的接触应力,改善或消除接触应力的"边缘效应",但对于降低等效应力意义不大。为了解决这一问题,提出了一种新型空心圆柱滚子,根据接触力学理论,利用有限元软件ABAQUS,合理建立了新型空心圆柱滚子轴承的有限元分析模型。结果表明:设计合理的新型空心圆柱滚子可以很好的解决滚动体与滚道接触时的等效应力"边缘效应"问题。研究结果为新型空心圆柱滚子轴承的设计开发提供了理论依据。     

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。     

线接触最小油膜厚度计算公式的简化及应用

将繁琐的线接触等温全膜弹流最小油膜厚度计算公式中的各参数,转化成与圆柱滚子轴承密切相关的参数,得出简化的、方便实用的圆柱滚子轴承最小油膜厚度计算公式,并将其应用于生产实践中。     

弹性复合圆柱滚子轴承接触特性分析

为探讨弹性复合圆柱滚子轴承滚动体与滚道的接触问题,首先采用有限元方法和经典赫兹接触理论计算方法对实心圆柱滚子轴承的接触应力与变形进行计算,并将两种方法得到的计算结果进行比较,比较结果表明:两种计算方法结果误差在10%以内,由此可知,有限元方法对计算轴承接触问题具有准确性。鉴于实心圆柱滚子轴承与弹性复合圆柱滚子轴承的内外圈接触副相似,可采用有限元方法对弹性复合圆柱滚子轴承接触应力分析。通过有限元方法对不同载荷下的弹性复合圆柱滚子轴承的接触应力、接触半宽、接触位移以及接触应力沿轴向分布进行计算与分析,得到的结果表明:一定载荷下,弹性复合圆柱滚动体的接触位移及接触半宽随着填充度的增大而增大;不同载荷下,弹性复合圆柱滚动体接触应力及等效应力随填充度的增大均存在极小值,且随着载荷的增大,极小值呈一定规律变化。弹性复合圆柱滚子轴承较实心圆柱滚子轴承在接触应力方面具有明显优势,设计合理的填充度能降低弹性复合圆柱滚子轴承的接触应力和改善"边缘效应"。     

对数修形圆锥滚子的弹流润滑分析

考虑接触体表面的弹性变形效应与润滑剂的压粘效应,建立圆锥滚子轴承的弹性流体动力润滑模型;并进行了完全数值解分析,得到了流体动压力分布、油膜形状与表面层内Mises应力分布。分析了对数修形圆锥滚子的弹流润滑特性。结果表明,直母线的圆锥滚子的弹流压力分布在滚子两端存在压力峰,并在滚子表层有应力集中现象;而对数母线的滚子在两端区域没有很高的压力峰和应力集中。滚子大端的流体动压力较高,而滚子的小端压力较低;在滚子的两端区域存在较小的油膜厚度,而且滚子小端的油膜厚度更薄;对数修形的圆锥滚子的最小油膜厚度增大,而中心油膜厚度减小;总体上对数修形滚子的弹流润滑状态得到改善。     

考虑粗糙度的船舶水润滑高分子轴承弹流润滑性能研究

为了揭示表面粗糙度对船舶水润滑高分子材料轴承润滑性能的影响规律,开展水润滑轴承弹流混合润滑理论研究;建立考虑内衬材料粗糙度和弹性变形的水润滑轴承混合润滑模型,并对模型进行仿真验证;分析内衬粗糙峰对水膜厚度、水膜压力分布和承载能力的影响规律。研究结果表明：在转速增大的过程中,内衬粗糙度的增大会减缓水膜厚度的增幅比,使轴承需要更高的转速来进入流体动压润滑状态;减小轴承内衬粗糙度能有效降低轴承起飞转速,加快轴承由混合润滑转变为流体动压润滑的过程,减小轴承与轴颈的局部接触,降低轴承异常振动噪声发生的可能性。研究结果揭示了内衬粗糙度变化对轴承润滑特性的影响机制,为水润滑轴承的优化设计提供理论参考。     

涂层材料特性对滚子轴承润滑性能的影响*

涂层材料被广泛应用于滚子轴承中以改善界面性能和提高疲劳寿命,为了探讨涂层材料性能对滚子轴承润滑性能的影响,基于流体力学与接触力学理论,建立带涂层的有限长线接触弹流润滑模型,探讨不同载荷、速度以及涂层材料特性对油膜压力、油膜厚度的影响。研究表明：随着涂层厚度的增加,硬涂层使得最小油膜厚度先增加后减小,而软涂层轻载时使得最小油膜厚度先减小后增加,重载时最小油膜厚度一直减小;随着速度的增加,出口区二次压力峰值增加,硬涂层尤为明显,并且油膜厚度也增加,油膜平坦区域减小,出口区油膜紧缩值增加。为提高润滑性能,当使用较厚软涂层时应考虑增加滚子凸度量,而使用较厚硬涂层时应考虑减小滚子凸度量。     

脂润滑轮毂轴承弹流润滑数值分析

基于Ostwald模型建立脂润滑控制方程,运用多重网格法求得等温线接触脂润滑弹性流体动力润滑数值解,得到钢球-沟道的压力分布、油膜形状及最小油膜厚度。针对轿车轮毂轴承的典型应用工况条件,分析工况参数对油膜压力分布和油膜形状的影响。结果表明:脂润滑弹流膜具有与油润滑膜相同的二次压力峰和出口颈缩现象。在轿车轮毂轴承可能的承载条件下,随着载荷的减小,二次压力峰的高度降低,其位置向入口区移动;一定承载条件下,速度增加时,膜厚相应增加,油膜的平行部分缩短,二次压力峰的高度增加,其位置也向入口区移动;一定承载和卷吸速度下,润滑脂流变参数增大时,二次压力峰的高度升高,其位置向入口区移动,膜厚相应增加。     

Numerical modeling an elastohydrodynamic contact of shaped rollers with allowance for misalignment of their axes

A method of numerically solving an elastohydrodynamic (EHD) contact of shaped rollers with allowance for misalignment of their axes in a plane perpendicular to the rolling direction is advanced. The mode of EHD lubrication is typical of such friction assemblies as roller bearings and gearings, in which the contacting elastic bodies are separated by a lubricant film and deformed under the action of an external load. Results of numerical modeling demonstrate the significant effect of the misalignment angle on the distribution of pressure and thickness of the lubricant film in the EHD contact and can be used further to analyze friction in a contact area and the stress tensor in a subsurface layer. The mathematical model of the EHD contact is described through nonlinear integro-differential equations and inequalities. The computational algorithm is based on Newton’s method.     

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。     

Effect of surface roughness on elastohydrodynamic traction. Part 2

To investigate the performance of a traction‐drive toroidal continuously variable transmission, the traction characteristics under partial elastohydrodynamic lubrication contact were calculated theoretically based on roller test results. A calculation model was constructed for considering the effects of surface roughness on performance. The model incorporated a viscoelastic and elastic‐plastic model using a nonlinear Maxwell model to represent the rheological behaviour of the traction fluid. The validity of the model was confirmed by its good agreement with the experimental results described in Part 1 of this paper. Various calculations were made to investigate the effect of surface roughness on traction under the operating conditions of an actual traction drive. The results indicated that the effect of surface roughness on durability could not be ignored.     

Analysis of High-Speed Cylindrical Roller Bearings Using a Full Elastohydrodynamic Lubrication Model Part 2: Results

The kinematic and dynamic characteristics of high-speed cylindrical roller bearings are analyzed using the elastohydrodynamic (EHD) lubrication model developed in Part I of this two-part paper. The internal load distribution, bearing stiffness, running torque, and amount of roller skidding are calculated under various operating conditions. Effects of manufacturing imperfections are also analyzed in terms of outer-raceway waviness and roller diameter tolerance. Results obtained through case studies indicate that the behavior of the bearing can be significantly affected by EHD lubrication in the roller-raceway contacts.     

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。