微观表面形貌对角接触球轴承热弹流润滑的影响

建立角接触球轴承的热弹流润滑数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对润滑条件下的角接触球轴承在考虑表面粗糙度时的弹流润滑问题进行数值模拟。在缺乏实测数据的情况下,采用了涉及轴承滚道和滚球体面上的余弦粗糙波数学模型,分析考虑热效应的角接触球轴承的表面粗糙度对压力和膜厚的影响。结果表明:考虑x和y方向的粗糙度函数可以更好地模拟轴承滚道及滚球体表面的形貌特征,由此计算出的压力和油膜分布更贴近工程实际;考虑两方向的粗糙度后,压力和油膜分布与单方向粗糙度有所不同,增大粗糙度波长和减少波幅有利于减小压力,增大膜厚,改善润滑。     

自旋条件下角接触球轴承的弹流润滑分析

为研究自旋状态下角接触球轴承参数对弹流润滑性能的影响,建立角接触球轴承中考虑自旋运动的弹流润滑模型,分析角接触球轴承的内沟槽曲率半径系数、内圈接触角、外圈接触角、滚动体数目及转速等参数对弹流润滑性能的影响,并分析固定参数下影响自旋速度和旋滚比的主要因素。研究结果表明:随着内沟槽曲率半径系数的增加,接触半径逐渐减小,油膜厚度略微减小,而油膜压力明显增加;随着内圈接触角的增加,油膜的不对称性明显增强,而随着外圈接触角的增加,自旋速度在0°~70°之间逐渐减小,在70°~90°之间逐渐增大;轴承滚动体的数目越多,单个滚动体所受的载荷越小,油膜厚度越大,中心油膜压力越小;角接触球轴承中,影响自旋速度的主要因素为轴承内圈速度及内、外圈接触角的大小,影响旋滚比的主要因素为内、外圈接触角的大小。     

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。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

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.     

滚道曲面几何参数对球轴承性能影响的数值研究

为探讨深沟球轴承内外滚道与滚动体之间的配合曲面的几何形状对轴承性能的影响,采用数值模拟的方法研究了球与圆弧曲面接触的弹流润滑问题,并讨论了外滚道曲面的两种曲率半径对深沟球轴承有关摩擦学性能的影响。结果表明,在载荷不变的情况下,随着滚道横向曲率半径的增大,二次压力峰值逐渐减小,最小油膜厚度先是增加然后减小,存在最大值;而随着滚道圆周滚动方向曲率半径的增大,油膜厚度不断减小,说明滚道圆周滚动方向上的曲率半径小时具有更好的润滑状态。     

考虑动态特性的角接触球轴承微观热弹流分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,综合考虑几种不同轴承材料的弹流润滑性能,求得套圈采用Si3N4、滚球体采用GCr15的角接触球轴承的热弹流润滑完全数值解。在此基础上,进一步考虑角接触球轴承的几项重要基本参数(密合度、钢球数目等)及接触角随轴向载荷的变化对弹流润滑性能的影响。对轴承在承受纯轴向载荷作用下的热弹流润滑完全数值解进行分析,求得在不同轴向载荷下的压力、膜厚及温度分布图。结果表明:套圈、滚球体材料均选用Si3N4和分别选用Si3N4、GCr15两种情况下,最小油膜厚度更大,同样工况下,后者滚球体表面温度更低;密合度的增大有利于润滑油膜的形成;滚球体数量越多,油膜整体压力越小,油膜厚度越大,滚球体、套圈及油膜温度越低;轴向载荷越大,轴承的实际工作接触角越大;接触角的变化对弹流润滑具有很大影响,在考虑了接触角随轴向载荷的变化后得知,接触角增大,油膜的最小膜厚增大,最大压力减小。     

弹流润滑对球轴承滚动体与滚道接触刚度的影响

弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)对球轴承滚动体与滚道的接触刚度有重要的影响.基于弹性流体动力润滑点接触问题的数值求解方法,对深沟球轴承滚动体与滚道在纯滚动条件下的润滑问题进行了分析,讨论了载荷和滚动速度的变化对滚动体与滚道接触中心油膜厚度和弹性变形的影响.依据数值结果,建立了润滑状态下滚动体与滚道接触力与刚体中心位移的关系,计算了两种滚动条件下滚动体与滚道的润滑接触刚度,并与干接触状态下的结果进行了对比.     

弹流润滑条件下的深沟球轴承径向刚度及油膜厚度分析

针对传统深沟球轴承弹流润滑条件下轴承径向刚度计算未考虑油膜润滑影响的问题,建立了深沟球轴承综合径向刚度的数学计算模型,基于C++编写计算轴承综合径向刚度和油膜厚度的程序,并分析了轴承径向载荷、转速及润滑油黏度对轴承综合径向刚度及套圈沟道与钢球的中心油膜厚度的影响。结果表明:随径向载荷的增大,综合径向刚度增大,中心油膜厚度减小;随润滑油黏度及轴承转速的增大,轴承综合径向刚度减小,中心油膜厚度增大。     

空间应用高速转子轴承润滑特性分析

针对空间用高速转子轴承的润滑失效问题,综合考虑接触几何、真实粗糙表面形貌、弹性变形、润滑剂流变特性以及滚珠高速自旋特性等因素的影响,建立角接触球轴承的混合润滑统一模型;分析转速、载荷、真空、高低温等工况环境条件对轴承微观传动界面接触与润滑特性的影响规律,并针对算例给出各种润滑状态之间的临界转速。结果表明:随着转速的提高,轴承接触界面润滑状态逐渐改善;除了极低转速,轴承接触界面压力峰值总体随载荷增大而增加;油膜厚度随着大气压强的增大而增大,界面压力峰值随着大气压强的增大而减小;油膜厚度随着温度的增加而减小,界面压力随温度的升高而增大;低速条件下离心力、微重力引起的入口区域乏油对润滑特性影响较小。     

计入薄壁构件挠度变形的线接触弹流润滑分析

由于薄壁构件在受力情况下产生挠度变形,对弹流润滑有一定影响,导致原来的弹流润滑计算存在较大误差,经典的接触模型已不再适用。提出一种考虑薄壁平板挠度变形的弹流润滑线接触模型,该模型能够确切反映薄壁平板的挠度变形对弹流润滑的影响;采用有限元仿真软件建立薄壁平板的挠度变形模型,在挠度变形的基础上,分析速度参数及载荷参数对线接触弹流润滑性能的影响。研究结果表明:挠度变形对薄壁件润滑的影响十分明显,油膜压力减小,中心膜厚分布范围增大,膜厚值减小;随着速度及载荷参数发生变化,油膜压力及膜厚也相应地发生改变;当其他条件不变时,中心油膜厚度随速度的增加而增大,且中心油膜区域逐渐增加,速度参数对油膜压力影响较大,油膜压力随着速度的增加而升高,颈缩现象逐渐出现;油膜压力随着载荷的增大而升高,同时油膜厚度逐渐减小。     

粗糙表面形貌对滚动轴承油膜刚度的影响

针对滚动轴承表面为粗糙平面且影响轴承油膜刚度的问题,基于弹流润滑理论,引入表征粗糙表面形貌特性的表面粗糙度理论,建立了滚动轴承粗糙表面弹流润滑油膜刚度模型,并进行数值模拟,分析了滚动轴承的表面粗糙形貌对油膜刚度的影响,得到其变化规律。结果表明:随着粗糙度的幅值、波长的改变,油膜膜厚变化不大,但是压力变化十分明显;油膜刚度随粗糙度幅值和波长的变化呈非线性变化,油膜刚度的最大值出现在接触区中心附近,随着粗糙度幅值的增大主峰与第二峰逐渐融合;油膜刚度的变化频率和变化幅度随波长的增大而减小。     

高速铁路轴箱轴承接触润滑机理

基于高速铁路客车轴箱系统多界面接触力学分析模型,在轴箱轴承工况条件下,分析轴箱轴承滚动体与内、外圈间的接触载荷分布情况;建立高速铁路客车轴箱双列圆锥滚子轴承脂润滑弹流模型,并采用有限差分法数值解法。数值计算结果与最小膜厚公式获得的最小膜厚度进行比较,而最大润滑压力与相应的赫兹应力进行了比较。结果表明,在给定运行工况条件下,随着运行速度的增大,轴承滚道润滑接触形成的油膜压力减小,油膜增大;而当轴承载荷增大时,其油膜厚度减小,润滑压力增大。     

基于高斯粗糙表面的角接触球轴承微弹流润滑研究

基于二维数字滤波法模拟高斯粗糙表面,建立考虑高斯粗糙表面形貌及热效应的角接触球轴承微弹流润滑模型,采用多重网格积分法求解弹性变形,采用Gauss-Seidel及Jacobi迭代法迭代求解压力,采用逐步扫描法求解油膜能量方程,采用渐进网格加密法求解强耦合非线性微弹流润滑方程组。结果表明:当x、y方向自相关长度相同时,随着粗糙表面均方根值的增加,油膜压力及温度明显增加,膜厚显著减小;反之,油膜压力及膜厚在自相关长度较小的方向出现明显的纹理特性,且当纹理特性与润滑油流动方向相同时,油膜温度显著减小。     

基于统计模型的修形齿轮点接触混合润滑分析

基于平均Reynolds方程和Zhao-Maietta-Chang（ZMC）弹塑性接触模型，提出鼓形修形齿轮点接触混合润滑的计算方法。采用渐进网格加密法计算润滑特性参数，对比稳态点接触混合润滑模型的仿真结果，验证提出模型的正确性。分析齿轮传动啮入点、节点和啮出点的润滑特性，研究齿轮几何参数、工况参数对鼓形修形齿面润滑特性的影响规律。结果表明：油膜压力、微凸体接触压力和总压力在啮入点处最大，啮出点处最小；名义油膜厚度在啮出点处最大，啮入点处最小；随着模数、压力角和转速的增加，油膜压力、微凸体接触压力与总压力降低，油膜厚度增加；随着功率和鼓形修形量的增大，油膜压力、微凸体接触压力和总压力增大，油膜厚度降低。因此，增大模数、压力角、转速和减小功率、鼓形修形量可改善粗糙齿面润滑状态。     

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。     

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。     

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     

角接触球轴承保持架稳定性分析

基于Hertz接触理论和弹性流体润滑理论,计算得到了轴承的Hertz接触刚度和油膜润滑等效接触刚度。定义了钢球、套圈滚道和保持架接触碰撞关系,运用ADAMS建立计及油膜润滑等效刚度的角接触球轴承多体动力学分析模型。计算了动态接触力、转速和径向载荷对油膜刚度的影响规律,分析了结构参数和载荷参数对角接触球轴承保持架的打滑现象和运动稳定性的影响规律。结果表明:润滑作用下载荷区接触力峰值较干接触模型大且进入载荷区时间晚周期相对滞后。无论是内圈引导还是外圈引导,引导间隙增大保持架打滑率减小,保持架质心轨迹运动范围变大,兜孔间隙增大保持架打滑率变大。外圈引导下转速越高保持架打滑率越大、保持架质心运动范围变大。径向载荷增大,保持架所达到稳定转速时间变短并且打滑率降低。     

齿轮动力学与弹性流体动力润滑耦合研究

为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应,综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论,建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型,将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用于弹流润滑分析中。通过实例研究了动、静两种载荷模型下齿轮的弹流润滑特性。研究表明,与平稳载荷相比,基于动载荷模型的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性,在啮合刚度的激励下,润滑时油膜压力和油膜厚度均表现出一定的振荡效应。啮入点、单齿啮入点以及单齿啮出点存在较大的冲击,是齿轮弹流润滑的危险点。