热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

液压泵柱塞副油膜热-流耦合特性研究

针对柱塞副油膜超薄、易破坏进而加速柱塞副磨损失效的问题,将黏温-黏压效应考虑在内后,建立了油膜热-流耦合模型。开展了对不同柱塞腔入口油温下柱塞副油膜特性的分析,建立了入口油温与整体油温、油膜厚度之间的关系;使用有限体积法离散雷诺方程和能量方程,结合周期性三对角循环算法对离散方程进行了求解;随后,在一种360°油膜特性试验台上,对柱塞副油膜3个区域内的温度及偏心量进行了测量。研究结果表明:在入口端和出口端,柱塞副油膜温度整体变化较为平缓,但有微小凸峰的存在,在中段整体呈"线性"上升;柱塞副最小油膜厚度随温度上升而变薄,且处于排油区时,变化更为明显;当油温超过45℃时,油膜热平衡被破坏,最小油膜厚度急剧减小。     

基于CFD的深海柱塞泵配流副流场特性分析

为预测深水环境下压力、温度及油膜分布等变参数对柱塞泵使用性能及工作寿命的影响规律,建立深水环境工况模型,基于雷诺(Reynolds)方程求解配流副稳态油膜控制方程,采用CFD方法仿真分析工作参数、水深环境参数等变化时油膜压力场、温度场变化规律。结果表明：当工作水深从海平面增加至7000 m时,排油腔高压油块A、上死点B及吸油腔低压油块C 3点处的轴向压力不断增大,油膜呈现楔形分布,而温度场分布在海平面至1000 m处温度急剧下降,之后降幅减小。随着水深的增加油膜受到的压力增大,温度减小,进而导致稳定性下降。指出变深环境对配流副油膜压力场、温度场影响显著,为深水环境下柱塞泵配流副的流场特性分析及性能优化打下基础。     

轴向柱塞泵配流副动态压力分布建模与仿真

为了获得轴向柱塞泵平面配流副的动态压力分布,基于雷诺(Reynolds)方程推导了柱坐标下封油带内任一点的压力计算模型,根据转子转动角度动态更新边界条件,利用有限差分法求解配流副油膜的动态压力分布。结果表明,配流副油膜压力在封油带内呈非线性,并且会产生使转子偏转的固有偏心力矩以及周期性偏心力矩,从而导致配流副油膜的动态变化。     

轴向柱塞泵织构化配流副的动态特性分析

以织构化配流副为研究对象,分析了织构化配流副的稳态受力和瞬态受力情况,建立了织构化配流副的数学模型和基于Simulink的仿真模型,并以配流副间油膜厚度为考察对象进行研究。结果表明:相对于普通配流副,压力突变时,织构化配流副的油膜厚度变化更小,油膜厚度的动态性能参数均有一定程度的提高。动态特性与油膜刚度相关,油膜刚度越大越有利于配流副的动态特性的提高。油膜厚度近似为零时,织构化配流副的压缩效应有利于配流副避免固体接触。     

锥形缸体球面配流副润滑特性建模及试验验证

配流副油膜的润滑特性对轴向柱塞泵的可靠运行有重要影响。建立了锥形缸体球面配流副油膜润滑特性仿真模型,并通过试验验证了模型的有效性。对锥形缸体进行受力分析,通过对柱塞滑靴组件运动学和受力的分析,求解得到柱塞滑靴组件对锥形缸体的作用力;通过对球面配流副油膜厚度分布和压力分布的分析,求解得到球面配流副对锥形缸体的油膜支承力;采用有限容积法对油膜进行离散化处理,通过牛顿迭代法数值求解球面配流副油膜润滑特性和锥形缸体运动方程;开展轴向柱塞泵高压稳态试验和轮廓扫描试验,获得不同稳态试验时长的球面配流盘磨损形貌,对比球面配流盘磨损轮廓与仿真得到的油膜厚度分布和压力分布。研究结果表明,仿真得到的油膜厚度较小区域与配流盘主要磨损区域相近,验证了锥形缸体球面配流副油膜润滑模型的有效性。     

不同微观织构柱塞泵配流副润滑特性研究

建立不同造型的微观织构柱塞泵配流副润滑油膜控制方程,采用有限差分法对其进行了求解,分别对比分析正方形、三角形、圆柱形、波浪形、球冠形微观织构的油膜负载能力等润滑特性;随转速变化,微观织构对其油膜负载力、油膜厚度、摩擦力等影响。随转速升高,流体动压压力升高,但并不是线性关系。     

考虑黏压效应的风电齿轮热弹流分析

在线接触热弹流润滑的基础上，考虑黏压效应，对风电行星轮系齿轮副进行热弹流润滑数值分析，并采用热弹流润滑数值方法和ISO/TS 6336-22计算了齿轮副的最小油膜厚度、安全系数和闪温温度，并比较各主要啮合点的压力和油膜厚度分布。结果表明：与使用ISO/TS 6336-22计算的结果对比，采用热弹流润滑理论计算的油膜更厚，但安全系数更小；在风电齿轮副热弹流润滑分析时应考虑压力对黏度的影响；风电主齿轮箱齿面因啮合产生油膜厚度随温度增加会迅速降低，最小油膜厚度会随载荷增加迅速减小，因此风电齿轮箱要保证足够的润滑，并尽量避免在高于额定载荷下长时间持续运行     

渐开线斜齿圆柱齿轮的微观热弹流润滑分析

假设两相互啮合渐开线斜齿轮表面具有连续余弦波状粗糙度,建立斜齿轮微观稳态热弹流模型,利用多重网格法求解压力分布和多重网格积分法求解弹性变形,讨论粗糙度幅值和波长对油膜压力、膜厚及油膜中层温度的影响。结果表明:粗糙表面不利于润滑膜的形成,考虑粗糙度的表面使膜厚、压力及温度分布均出现层状鼓层现象;随着波长的增大,油膜厚度、压力及温度波动幅度有所减小,而随着波幅的增大,膜厚、压力及温度曲线均明显波动。因此,在工程实际中,要尽量增大粗糙度波长,减小粗糙度波幅以实现平稳的机械传动。     

轴向柱塞泵配流副润滑特性分析

配流副润滑特性直接影响柱塞泵的使用性能及工作特性,而油膜承载力是衡量润滑特性的重要指标,为此开展轴向柱塞泵配流副油膜承载力的研究。首先根据柱坐标下雷诺方程(Reynolds)推导配流副楔形油膜压力场模型,其次建立配流副稳态计算模型,借助CFD流场仿真软件分析油膜承载力对配流副润滑特性的重要影响。对比理论模型与仿真结果,验证理论模型的正确性,为轴向柱塞泵的性能优化奠定基础。     

轴向柱塞泵配流副油膜试验原理及控制特性

为研究油、水介质下轴向柱塞泵几类关键摩擦副的润滑特性,提出采用电液单元对润滑油膜进行主、被动控制的专用试验系统原理。论述该试验系统用油膜厚度反馈控制配流副密封间隙的模拟试验装置的原理与构成,将微缝隙流对电液控制系统的作用简化为弹簧中阻尼器负载,建立配流副对润滑油膜厚度的阀控缸物理模型并推导精密缸位移控制方程,分析影响润滑性能的主控参量及相互关系,仿真研究油膜厚度控制的动态特性。运用该试验系统进行了初步的平面配流副油膜试验。研究表明,油膜平衡的仿真与试验基本一致,供油压力、摩擦转矩等对润滑油膜的形成影响较大。伺服比例阀的反馈控制原理使系统的油膜厚度动态反馈性能趋于稳定,但在供油压力斜坡变化时油膜厚度平衡值在设定范围内有一定变化。     

考虑表面接触力的滑靴副油膜特性分析方法

由于受倾覆力及刚体表面粗糙度影响,液压柱塞泵斜盘-滑靴运动副(滑靴副)在相对运动时处于混合润滑状态。斜盘和滑靴表面接触引起弹性和塑性变形,进而产生表面接触力。接触力与油膜厚度密切相关,在油膜特性分析时不应被忽略。提出一种基于流体动压润滑理论的滑靴副油膜特性(油膜厚度、压力分布、油膜间隙流量)的分析与计算方法,考虑了滑靴副粗糙表面的支撑力影响。在雷诺流体动压润滑方程基础上,考虑滑靴副刚体表面粗糙度水平和油膜厚度,计算液压柱塞泵不同工况下的表面接触支撑力,并将接触力融入运动副的受力方程。提出了基于改进的雷诺流体动压润滑方程的数值计算方法,并进行了仿真分析,通过间接对比滑靴副间隙流量的仿真结果,证实了提出方法的有效性和结果的准确性。     

表面粗糙度和润滑油黏度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响

以一多缸内燃机为对象,研究表面粗糙度和润滑油黏度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响。建立活塞二阶运动方程与平均Reynolds方程相结合的活塞裙-缸套摩擦副润滑分析模型。活塞二阶运动方程采用Broyden方法求解,应用有限差分法进行活塞裙-缸套摩擦副的润滑分析。结果表明,表面粗糙度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能影响不明显,而随润滑油黏度增加,活塞裙-缸套摩擦副的最小油膜厚度、摩擦力和摩擦功率增加,最大油膜压力在进气和排气行程随润滑油黏度变化比较明显,在其他行程变化较小。     

柱塞副微观表面对间隙油膜压力的影响

根据分形理论中的W-M函数建立柱塞与缸体孔表面三维形貌数学模型,并利用MATLAB软件编写程序,分析分形维数对表面微观形貌的影响。将柱塞副间隙油膜沿轴向展成平面,建立油膜厚度及压力分布计算模型,采用有限体积法求解二维雷诺方程,分析粗糙度对柱塞副间隙油膜压力分布的影响。结果表明:随着分形维数的增加,柱塞表面粗糙度呈增加趋势,且表面粗糙度越大,压力峰值越大。     

表面微织构的组合设计及其对油封性能的影响

对油封表面微织构的形状进行组合设计,应用Abaqus仿真分析不同组合微织构油封的静态接触压力和变形影响矩阵;基于二维平均雷诺方程,建立考虑表面粗糙度以及唇口油膜空化现象影响的流体润滑模型,分析不同形状微织构对旋转油封密封性能的影响规律。结果表明：在相同工况下,相较于无织构油封,微织构对油封泵吸率以及油膜厚度提升较为显著,且组合型织构的提升效果优于单一三角形织构;三角形与半圆形组合织构对油封泵吸率的提升效果最佳,半圆形与方形组合织构对油封油膜厚度的提升为最佳。     

考虑紊流效应和温黏关系的滑动轴承故障分析

为了研究气轮发电机组滑动轴承发生的轴瓦破裂、碰磨故障的原因,从考虑轴承润滑问题的紊流效应和温黏关系出发,采用有限元法求解了广义Reynolds方程、能量方程和热传导方程,得到额定负载下的油膜压力、温度和厚度分布,从而解释了所研究轴承的故障现象,即轴瓦破裂位置出现在最小油膜厚度位置的下游。     

卧式水电机组用径向滑动轴承热弹流特性分析

研究轴颈挠度和瓦块表面热弹变形对卧式水电机组径向滑动轴承静态润滑性能的影响。推导考虑轴颈挠度和轴瓦热弹变形后的油膜厚度表达式;用中心差分法结合ANSYS软件联立求解雷诺方程、能量方程、固体热传导方程、密度方程、黏度方程和轴瓦热弹变形等,得到径向滑动轴承的热弹流润滑(TEHD)特性,并与不计入轴颈挠度及轴瓦热弹变形的油膜动压润滑特性进行比较。结果表明:在考虑轴颈挠度和轴瓦瓦面热弹变形的影响后,油膜压力、温度、厚度沿着轴承宽度中心线的对称特性消失;油膜压力峰值增大,峰值点位置由轴向中心区偏移至出口区;油膜温度峰值增大,最高温度发生在出口区;润滑区内的最小油膜厚度大幅度减小,油膜最小厚度处于出口侧边界附近;轴承润滑流量减小,损耗略有增大;轴承稳态运行时,轴颈偏位角基本一致。     

弹性变形对大型球磨机轴承性能的影响

研究弹性变形对大型球磨机滑履轴承性能的影响。采用有限差分法求解简化形式的N-S方程,得出油膜压力分布和膜厚分布;借助有限元软件ANSYS分析中空轴和轴瓦的弹性变形。将变形作为油膜变化的条件,油膜压力分布作为变形的条件,进行耦合分析,得出润滑油膜厚度及压力分布。结果表明:考虑中弹性变形时计算得到的最小油膜厚度小于未考虑弹性变形时的厚度,且球磨机四块瓦的油膜厚度分布规律不同,表明中空轴和轴瓦的变形对膜厚分布规律、压力分布及最小膜厚有较大影响,设计时必须考虑弹性变形的影响,以防止出现油膜过薄导致轴承失效。     

水润滑轴承材料弹流润滑性能比较研究

利用考虑惯性力的Reynolds方程,对水润滑条件下的实验橡胶滑块与钢环的弹流润滑问题进行了数值模拟,并分别与塑料、陶瓷材料的数值模拟结果进行了对比分析。结果表明,在水润滑条件下,惯性力对水膜压力的影响很小,而对水膜厚度及温度的影响很大。同样情况下,考虑惯性力时,最小膜厚增加,最高温度降低。橡胶/钢摩擦副中,惯性力对膜厚的影响是不可忽略的。陶瓷/钢摩擦副中,考虑惯性力时对温度影响更大。