水润滑复合材料齿轮非稳态热弹流润滑分析

在水润滑条件下,对改性聚醚醚酮复合材料齿轮副啮合时的非稳态热弹流润滑机理进行了数值模拟研究,并将计算结果与等温时变解的啮合点压力、膜厚等进行了对比。结果表明,水润滑条件下,复合材料齿轮的啮合点处存在弹流润滑;在考虑温度场的情况下,水膜压力受温度的影响不大,而轮齿啮入点一侧的膜厚要比等温解的膜厚小,而在啮出点一侧则正好相反。     

渐开线直齿轮时变热弹流润滑模拟

齿轮的非稳态弹流润滑问题，由于啮合过程中滑滚比、曲率半径、卷吸速度和载荷变化范围较大，因此数值计算稳定性很差。而考虑热效应的齿轮非稳态弹流润滑问题，数值计算就更困难。文中应用多重网格技术，考虑时变和温度场的影响，求得齿轮非稳态热弹流润滑问题的完全数值解，结果更接近实际。数值解得到轮齿的摩擦因数、油膜最高温升沿啮合线的变化规律以及两轮齿接触点中心压力、中心膜厚、最小膜厚沿啮合线的变化规律，同时获得任意瞬时轮齿接触点的压力、膜厚和轮齿间油膜温度分布，对分析齿轮传动问题具有重要意义。     

单粗糙峰对摆线针轮弹流润滑的影响

以弹流润滑理论为基础,利用多重网格法,研究了啮合表面单粗糙峰的存在对摆线针轮时变弹流润滑的影响,并将不同幅值和波长条件下的粗糙解与光滑解进行了比较。结果表明,粗糙峰幅值越大,波长越小,油膜压力越高;随着幅值的增加,在啮合大部分区域,中心油膜值变大,而在啮合的开始和结束阶段的膜厚值要略低于光滑解,波长变化对中心膜厚基本无影响;随着幅值和波长的增加,最小油膜值相应增大,有利于润滑状况的改善。     

线接触弹流脂润滑数值分析与实验研究

建立无限长滚子与平面的线接触等温弹流脂润滑模型,采用多重网格法研究纯滚工况下载荷和卷吸速度对润滑油膜特性的影响;采用多功能双色光弹流润滑油膜测量实验台,在相应工况下进行变载荷和变速度实验研究。数值模拟结果表明,较大的载荷可以获得更大的压力和更小的膜厚,较大的速度则主要提升了二次压力峰并增大了膜厚。实验结果表明:随着载荷的增大,整体膜厚、最小膜厚和中心膜厚均先增大后减小,但载荷较小时出现了最小膜厚和中心膜厚实验值和理论模拟值不一致的变化趋势,这可能是数值模拟分析时稳态假设与实际润滑脂流变特性、时变特性及润滑机制不符造成的;随着速度的增大整体膜厚、最小膜厚和中心膜厚都线性增大,且实验值与理论模拟值有较高的一致性。     

摆动工况下直齿轮瞬态弹流润滑分析

建立摆动工况下直齿轮的弹流润滑模型,解决因旋转方向改变导致的坐标系统不一致的问题;考虑时变效应,对以正弦规律摆动的直齿轮进行弹流润滑分析。结果表明：摆动工况下的中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大压力均出现明显的波动变化,且都在旋转方向改变瞬时附近达到最小;摆动频率对压力和膜厚影响显著,在高频率摆动工况下的中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大压力变化幅度更明显,且均高于低频摆动工况下相应的油膜压力和膜厚;摆动工况特别是高频摆动工况下的中心油膜压力和最大油膜压力会出现骤增和骤降现象,使啮合齿面应力循环频率加大,易导致齿面接触疲劳,因此要避免高频摆动。     

变位齿轮齿条传动的热弹流润滑分析

建立了齿轮齿条传动的热弹流润滑模型,考虑齿轮热效应和正负变位齿轮沿啮合线在不同啮合点的综合曲率半径变化、卷吸速度的变化和单双齿啮合引起的载荷变化,分析齿轮齿条传动机构在不同瞬时、载荷随时间变化的非稳态弹流润滑数值解。讨论了变位系数对齿轮齿条弹流润滑油膜压力和膜厚的影响并分析了正变位和负变位对中心膜厚和最小膜厚的影响规律。结果表明,正变位可以降低油膜压力,增加膜厚,改善齿轮齿条机构的润滑状态;负变位使油膜压力升高,膜厚变薄。因此,设计齿轮齿条传动机构时,在符合要求的前提下,应尽量选择正变位齿轮,避免选择负变位齿轮。     

单粗糙峰对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响

建立了单粗糙峰函数模型,给出了考虑单粗糙峰时的膜厚方程.应用多重网格技术研究了单粗糙峰的幅值和波长对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响,并将单粗糙峰在不同幅值和波长情况下的中心压力、中心膜厚、最大温升和最小膜厚沿啮合线的变化与光滑解进行了比较.结果表明:单粗糙峰幅值和波长对齿轮热弹流润滑有着不同的影响,其中中心压力和最大温升随幅值的增大而增大,随波长的增大而减小,中心膜厚随幅值的增大而减小,随波长的增大而增大;与光滑解相比,粗糙峰的存在对弹流润滑产生较大的影响,使中心压力变大、中心膜厚变薄、最大温升值变大.     

固体颗粒对摆动直齿轮弹流润滑的影响研究

建立了考虑固体颗粒的摆动直齿轮的弹流模型,考虑了时变效应,研究了以正弦规律摆动的工况下固体颗粒对摆动直齿轮的弹流润滑影响,分析了单个固体颗粒、固体颗粒分布密度和颗粒速度对压力和膜厚的影响。结果表明,摆动工况下的压力和膜厚类似双驼峰形状分布,考虑固体颗粒后的中心压力和最大压力变化较小,中心膜厚和最小膜厚则明显减小;颗粒分布密度越大,中心压力和最大压力均明显增大,中心膜厚和最小膜厚则明显减小;颗粒速度对最小膜厚影响较大,颗粒速度越大,最小膜厚显著减小。     

水基磁流体轴承的微观弹流润滑分析

采用多重网格法和多重网格积分法对水基磁流体润滑轴承进行弹流润滑分析,在雷诺方程中考虑了热、非牛顿、磁场和时变的影响,探讨了粗糙度因素对弹流润滑性能的影响。分析中对比了轴-轴承双面和轴承单面带有正弦粗糙度时的润滑膜膜厚和压力的分布,并研究了双面都带有粗糙度相位不同时润滑膜压力和膜厚的分布。数值分析结果表明,两个表面都存在相同的粗糙度时,在波峰相对处的膜厚更小,压力更大,在波谷相对处的膜厚更大,压力更小;随着一个表面的粗糙峰远离另一个表面的粗糙峰时,膜厚和压力波动减小,润滑膜的最小膜厚逐渐增大,最大压力逐渐减小,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙谷相对时,膜厚和压力不在波动,最小膜厚达到最大,最大压力达到最小。然后当这个表面粗糙峰再继续接近下一个表面粗糙峰时,膜厚和压力的波动增大,润滑膜的最小膜厚又开始减小,最大压力又增大,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙峰相对时,膜厚和压力波动最大,最小膜厚达到最小,最大压力达到最大。     

具有中央凸起的点接触弹流润滑特性研究

建立具有中央凸起的点接触弹流润滑控制方程,并采用多重网格法及多重网格积分法进行数值求解;比较有凸起表面和光滑表面下的压力及膜厚曲线,讨论载荷及卷吸速度对压力分布及油膜形状的影响。结果表明：具有中央凸起时在接触中心附近,压力经历了急剧升高、骤然下降、再升高的一个波动过程;最小膜厚出现在接触中心,且接触中心前面产生了一个凹陷;增大卷吸速度或减小载荷都使得膜厚曲线整体升高,最小膜厚随着卷吸速度的增大而增大,载荷几乎不影响最小膜厚;载荷增大使得最大压力增大,但中心局部压力波动范围变化很小;增大卷吸速度使得最大压力和中心局部压力波动范围都减小。     

砂轮振动对磨削区时变润滑效应的影响

为研究砂轮振动对磨削区压力、膜厚及温度的影响,建立考虑时变效应的砂轮振动磨削的润滑模型,分析陶瓷结合剂CBN砂轮磨削45~#钢的过程中的最大压力、最小膜厚和最大温度随振动的幅值、频率及砂轮速度的变化情况。结果表明:考虑砂轮振动的时变效应时,不同瞬时下的压力及膜厚变化较大;随砂轮振幅和频率的增大,当砂轮振动到最低点时最大压力及最大温度增大,最小膜厚减小,而振动到最高点时则相反;时变效应使最大压力、最小膜厚与最大温度出现了滞后现象;当砂轮速度增大时,最大压力减小、最小膜厚增大,这有利于润滑且能减少磨粒磨损,但是最大温度增大容易产生磨削烧伤和热变形,影响工件磨削后的表面质量,所以应据此选择合适的砂轮速度。     

塑料与钢制齿轮啮合的弹流润滑研究

在油润滑条件下，对改性聚醚醚酮塑料齿轮与钢制齿轮啮合时的弹流润滑机理进行了数值模拟研究，并将计算结果与钢制齿轮副的接触点压力、润滑膜厚等进行了对比。结果表明，塑料与钢制齿轮的啮合点处存在弹流润滑油膜，且油膜要比钢制齿轮间的啮合油膜要厚；塑料对钢齿轮啮合点处的最大和中心油膜压力都比钢对钢齿轮的啮合压力明显降低。     

齿轮瞬态弹流润滑的多重网格数值分析

利用多重网格技术，考虑了轮齿上的载荷、啮合点的卷吸速度与综合曲率半径随啮合线的变化，求得了齿轮传动瞬态弹流润滑的完全数值解。揭示出最小膜厚、最大压力沿啮合线的变化，讨论了齿轮传动比对压力与膜厚的影响．给出了几个导致润滑失效的危险啮合点的压力与膜厚分布。     

考虑粗糙表面特征等温弹流渐开线直齿齿轮的数值分析

采用了Patir and cheng的平均流动模型,通过联立求解弹流基本方程组,获得渐开线齿轮啮合过程的油膜压力、膜厚,并分析了啮合过程中表面粗糙度对齿轮传动最小膜厚和压力的影响。采用多重网格法,使计算具有快速收敛性和数值稳定性。     

齿轮齿条传动机构等温稳态弹流润滑数值分析

齿轮齿条在现代机械中应用广泛,但传动过程中易产生噪声、磨损、齿面胶合等,通过对机构润滑理论的研究,降低传动过程中齿面磨损及胶合机率。在现有的弹性流体动力润滑理论的基础上,利用多重网格法,得到了齿轮齿条传动过程中等温稳态弹流润滑数值解,讨论了齿轮齿条传动机构在不同啮合点、变位系数、线角传动比和模数下的无量纲压力和膜厚图,计算结果表明:啮合点位置、变位系数、线角传动比、模数等都会对油膜压力与膜厚产生影响。最终得出结论:在传动过程中,啮入点为啮合过程中的危险点;正变位能够使油膜变厚,负变位使油膜变薄;线角传动比、模数越大,油膜压力越小、膜厚越厚。     

指数率水基磁流体滑动轴承单峰时变热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场、时变和指数率非牛顿效应的雷诺方程,对水基磁流体滑动轴承进行微观弹流润滑分析。对比稳态解与时变解,并探讨速度、载荷对水基磁流体润滑膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:考虑时变效应时水基磁流体的润滑膜的膜厚、压力和温度发生了明显变化,故在实际中不能用稳态解代替时变解;单个粗糙峰的存在,引起了水基磁流体润滑膜的局部最高压力峰和温度峰,由于局部压力峰的存在,使单个粗糙峰被迫压平,膜厚减小;随着速度的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰减小,膜厚增大,温度增大;随着载荷的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰增大,膜厚减小,温度增大。     

海水润滑UHMWPE轴承不同加减速形式润滑分析

为探究不同加减速形式对UHMWPE轴承加减速过程的弹流润滑机制的影响,建立海水润滑UHMWPE轴承的弹流润滑模型,基于考虑时变效应的Reynolds方程,数值模拟不同加减速工况下UHMWPE轴承的润滑情况。结果表明:加速阶段,采用余弦加速度形式最有利于润滑,膜厚在加速初期受挤压效应的影响而减小最少,使得膜厚不至于过小甚至破裂,在同一时刻内,压力最小、膜厚最大、摩擦因数最小,进入稳态时过渡最为平滑,对轴和轴承的冲击最小;减速阶段,采用正弦加速度形式进行制动最有利于润滑,在同一时刻内,压力和摩擦因数均为最小值,而膜厚则为最大值,为轴承的制动阶段提供更优的缓冲。由于速度变化过程极短,因此不可忽略时变带来的挤压效应,通过对比启停阶段不同时刻的膜厚发现,挤压效应使得压力和膜厚以及摩擦因数在变速结束后仍有相当时长的变化衰减过程;相比于启动阶段,制动阶段的时变效应体现得更为明显。加速度越大,动态效应越明显,压力在加速过程出现第二次起伏以及制动过程出现第一次起伏的时间越早。     

考虑粗糙表面特征等温弹流渐开线直齿齿轮的数值分析

采用了Patir and cheng的平均流动模型，通过联立求解弹流基本方程组，获得渐开线齿轮啮合过程的油膜压力、膜厚，并分析了啮合过程中表面粗糙度对齿轮传动最小膜厚和压力的影响。采用多重网格法，使计算具有快速收敛性和数值稳定性。     

三角形周期脉冲载荷对轧辊轴承弹流润滑的影响

建立了三角形周期脉冲载荷作用下轧辊轴承弹流润滑数学模型,利用压力求解的多重网格法及弹性变形的多重网格积分法数值模拟了连续三角形周期脉冲载荷作用下乳化液润滑膜压力及膜厚的分布,分析了三角形周期脉冲载荷作用下润滑膜中心压力、中心膜厚及最小膜厚随时间变化的特性.计算结果表明,润滑膜中心压力的变化周期同脉冲周期一致,中心膜厚的变化滞后于脉冲和中心压力的变化;随三角形周期脉冲幅值的增大,中心压力和中心膜厚的振幅均增大,周期脉冲幅值越大,中心压力值越大,中心膜厚上下波动越大;当周期脉冲脉宽变大时,中心压力和中心膜厚的波动脉宽也变大,0.03 s后的中心膜厚上下波动范围变化微小.     

点线啮合齿轮冷胶合计算研究

根据弹性流体动力润滑理论,运用道森和希金森公式计算点线啮合齿轮各啮合点最小油膜厚度及膜厚比以估计齿面间的润滑状态,判别是否产生冷胶合.推导啮合点的综合曲率半径计算公式,确定啮合点单位齿宽法向载荷.根据点线啮合齿轮实际发生冷胶合的位置,确定了最小油膜厚度计算点,并根据大量实际计算提出修正后的最小油膜厚度计算公式.