周期性载荷作用下油池形态试验观察

为了模拟轴承滚动体进入和离开接触区载荷中润滑剂的流动分布形态,采用往复结构实现球-盘接触点处载荷周期性变化,利用光干涉润滑油膜测量技术观察周期性载荷作用下接触区外围油池形态随供油量、速度和加载周期的变化规律。结果表明：低速下油池处于封闭态,载荷的增加将使量纲一入口距离和侧油池宽度减小,表明供油条件变差;速度升高后,载荷增加和加载周期减小将导致尾部油池过早破裂,载荷减小过程中将发生尾部油池合并的现象;速度较高时油池将呈现为分离态,接触区为完全乏油状态,滚道重叠作用将对润滑剂的回填和润滑状态起到一定的增强作用。     

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。     

纯滚动条件下封闭润滑油输运的实验研究

采用多光束干涉方法测量了弹流接触区冲击封油的移动规律.结果表明:冲击封油随两固体表面整体向接触区出口移动;存在一临界位移,当封闭润滑油核心位移小于该临界位移,封油运动速度等于卷吸速度;当封闭润滑油核心位移大于该临界位移,封油移动速度小于卷吸速度,核心处油膜厚度下降;入口区的最小油膜厚度基本不变,并以卷吸速度向出口移动,出口区最小油膜厚度先增加后减小;卷吸速度、冲击条纹数及施加载荷对封油核心运动速度变化的临界位移有明显的影响.     

界面黏附功与润滑油膜厚度的相关性研究

利用不同的润滑剂与不同的滑块表面组合成亲和性不同的界面,在不同载荷下,使用面接触润滑油膜光学测量系统对各界面组合的油膜厚度-速度关系进行测量。以黏附功来评价固液界面亲和性,研究固液界面亲和性与流体动压润滑油膜的相关性。试验结果表明:接触角与接触角滞后不能作为判定界面润湿性与油膜厚度关系的唯一参数,且对于黏度相似的润滑液体,高黏附功更易产生高油膜厚度;载荷对界面效应也有影响,且载荷较高时,界面效应比较明显。     

椭圆接触自旋弹流油膜实验研究

设计一种简单的实验方法,通过调节弹流接触中心和旋转中心之间的距离,可获得不同程度的自旋,即得到不同的旋滑比。采用玻璃块-椭圆滚子接触的方式,应用光干涉自旋弹流薄膜测量系统研究界面滑移条件下自旋对弹流油膜的影响。结果表明,随旋滑比的增大,油膜形状失去了经典弹流油膜的对称性;一定偏心距下,随速度和载荷的增加,油膜形状的非对称性都增强,入口凹陷逐渐都变得明显,但油膜厚度变化趋势不同,其中随速度的增加,油膜厚度而增加,且接触区两侧最小膜厚的差值也增加,而随载荷的增加,接触区左侧最小膜厚逐渐减小,右侧最小膜厚先增加后减小。     

纯滑动椭圆接触条件下急停对弹流润滑表面凹陷现象的影响

在光干涉滚子-盘试验机上,研究在纯滑动椭圆接触条件下急停对弹流润滑表面凹陷现象的影响,通过改变载荷与速度的大小,观察"温度-黏度楔"凹陷油膜在急停过程中向挤压凹陷油膜的转化情况,并使用双光干涉图像处理软件对油膜中截面膜厚进行测量。实验结果表明:载荷增加时,"温度-黏度楔"凹陷出现的时间与凹陷到达接触区中心的时间均缩短;当速度不同时,急停过程中"温度-黏度楔"凹陷的产生时间不同,但都会向接触区中心移动;随稳态速度的增加,在速度急剧降低为0的阶段,初始油膜厚度高,油膜厚度下降较快;在速度为0的恒载荷纯挤压阶段,油膜厚度下降较慢。     

PMMA-玻璃面接触流体润滑特性研究

以静止的PMMA平面滑块和旋转的光学透明玻璃盘为润滑副,利用基于光干涉原理的微型面接触润滑油膜测量系统,对PMMA-玻璃形成的润滑油膜厚度及形状进行测量。结果表明,由于润滑面的低弹性,在润滑油膜压力作用下固体表面发生明显的弹性变形,该变形随速度、载荷和PMMA滑块倾角的变化而变化;油膜厚度随速度的增加而明显增加,随载荷增加明显降低,滑块倾角对油膜形状也有明显影响。     

旋滑条件下弹流润滑数值分析

建立旋滑条件下椭圆接触弹流润滑的数学模型,用多重网格法求得该条件下的完全数值解,研究速度、载荷、偏心距和椭圆比对油膜厚度、形状和压力的影响。结果表明,偏心距较小时,油膜厚度和形状都与普通弹流有明显的不同;速度、载荷和椭圆比增加及偏心距减小,均会导致接触区两侧最小膜厚的差值增大,油膜形状的非对称性增强;速度、椭圆比增加,油膜厚度增加,接触区压力减小,载荷增加或偏心距减小,油膜厚度减小,接触区压力增加。     

推力滚子轴承光干涉润滑油膜测试系统

设计制造了推力滚子轴承光干涉润滑油膜测试系统,以滚子与玻璃盘多点接触代替传统的球-盘单点接触方式,并采用多光束干涉技术对不同载荷下的线接触润滑油膜特性进行了初步测量。分析了轴承滚子膜厚建立的过程以及滚子素线上不同位置膜厚随速度的变化情况。结果表明:随载荷增加,接触区增大,膜厚降低,弹流特征明显;随着速度的增大,在相同载荷固定位置处油膜厚度增大。     

限量供油条件下硬脂酸吸附对面接触润滑油膜的影响

在限量供油条件下,利用滑块-盘面接触润滑油膜测量系统研究了PAO10(聚α-烯烃)添加硬脂酸对油膜厚度-滑块倾角关系的影响,理论分析了滑块入口润滑油堆积对润滑油膜承载力的影响,并对硬脂酸在固体表面的吸附进行了表征。结果表明,油膜厚度随滑块倾角的增加呈现总体下降的趋势。硬脂酸吸附诱导的“反润湿”作用,使润滑油在润滑轨道上由经典双侧脊分布转变为离散态条状或液滴状分布,改善了接触区入口供油,提高油膜厚度。实验发现了较低的滑动速度下低供油量反而诱发高油膜厚度的“异常”现象。硬脂酸的吸附使得润滑油在入口区形成非浸润的液滴状堆积,形成的附加拉普拉斯压力增加油膜承载力;当供油量较低时,入口润滑剂堆积的曲率半径较小,附加拉普拉斯压力较大,因此膜厚较高。     

微液滴面接触润滑研究

利用面接触润滑油膜测量系统进行微量液滴润滑性能的研究。试验中以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘构成润滑副,对不同黏度的润滑油分别进行微液滴以及玻璃盘全部铺满情况下的油膜厚度测量。试验结果表明:微量润滑液滴会沿滑块的运动轨迹铺展在玻璃盘上,形成持续的润滑,表明微量的润滑介质液滴可以提供充分润滑;油膜厚度开始会随速度的增加而增加,到达一定速度后油膜厚度会保持不变;干涉图说明微量润滑下,接触区并不是完全由润滑膜承载,会有一些油气混合物承载。     

椭圆接触弹流润滑油膜形状的实验研究

采用多光束干涉测量技术,在自制光弹流实验机上进行了椭圆接触弹流润滑油膜形状的实验测量,观察了椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角θ、速度、施加载荷等对油膜形状的影响。结果表明：夹角θ较小时,油膜厚度整体上更大,接触区较窄,入口区油膜更陡峭;低速时,夹角及载荷基本不影响膜厚;高速、轻载时,夹角θ对膜厚影响更显著;载荷及夹角越大,动压油膜越难建立。     

纯滑动条件下急停对表面凹陷现象的影响

在光干涉球-盘试验机上研究在不同速度和载荷条件下,"温度-黏度楔"凹陷油膜在急停过程中向挤压凹陷油膜的转化情况,并使用双光干涉图像处理软件对油膜中截面膜厚进行测量。为获得"温度-黏度楔"凹陷,实验中使用一种黏度较高的润滑油。实验结果表明:急停过程可分为2个过程,即速度急剧减小的过程和速度为0的过程,在速度为0阶段初期,油膜的变化由"温度-黏度楔"效应和挤压效应共同作用;"温度-黏度楔"效应延长了油膜的存在时间,但最终此效应消失,油膜的变化完全由挤压效应所控制;随着载荷的增加,接触区内封油量增加,油膜厚度增加;随速度的降低,1个凹陷会先变成2个,再变成1个,最后也被保持在接触区中,并随停止时间的延长而逐渐消失。     

航空螺旋锥齿轮断油润滑状态研究

对航空螺旋锥齿轮断油工况进行分析,根据断油工况计算润滑油的初始啮合温度并建立螺旋锥齿轮断油润滑分析数学模型;通过编程得到断油情况下不同载荷、不同速度的接触区油膜厚度、压力和温度分布情况;分析油箱油量、断油时间、齿轮转速3个主要因素对断油润滑状态特别是中心油膜温度的影响。结果表明:航空螺旋锥齿轮在断油情况下,啮合产生的热量使油箱润滑油温度提高,在数值计算时需要对初始温度进行修正;随着油箱内润滑油量的增加,接触区润滑油温度降低;随着断油时间和齿轮转速的增加,润滑油温度逐渐升高,但升高速度逐渐减慢;齿轮转速和断油时间对接触区温度的影响大于润滑油量的影响。     

表面速度异向下的点接触润滑油膜试验机研制及膜厚测量

弹流润滑领域中,润滑油膜的形态、厚度、摩擦力是研究接触区润滑状态,探究润滑机制极为重要的信息。研制表面速度异向下的点接触润滑油膜试验机,该试验机以多光束干涉法作为测量手段,结合弧形轨道实现接触副表面速度夹角的变化;使用旋转系统将接触副系统摩擦力转变为压力,利用高精度压力传感器及摩擦力合力公式,实现表面速度异向下的点接触摩擦力测量和计算。在限量供油条件下对表面速度异向的点接触润滑油膜形态与膜厚进行了观测,探究速度夹角对乏油状态改善及油膜形态变化的影响。结果表明：改变接触副表面速度方向,入口油池得到改善,中心膜厚增加。     

载荷及转速变化对低速重载轴承润滑性能的影响

为研究不同载荷、转速条件下,低速重载轴承的润滑性能,即油膜厚度、油膜压力及油膜流速的变化情况,利用Abaqus软件建立轴承流固耦合模型,得到油膜厚度在剖面中呈矩形分布,滚动体与内圈之间的油膜厚度小于与外圈之间的油膜厚度。接触区入口处的油膜压力逐渐增大,内滚道接触处的油膜压力大于相应的外滚道油膜压力。流固交面的油膜速度大于自由表面的油膜速度且接触区域的油膜速度最大。随着转速的增加,油膜厚度和油膜压力增加;随着载荷的增加,油膜厚度降低,油膜压力增加。     

零卷吸条件下滚子摩擦副弹流特性的实验研究

采用线接触光弹流实验装置,在摆动工况下研究滚子在零卷吸速度条件下的弹流特性,探讨不同周期同一载荷下滚子摩擦副在零卷吸速度时油膜厚度的变化情况,以及载荷对零卷吸速度下滚子弹流特性的影响。结果表明:在滚子转速近零卷吸速度时,挤压效应起主导作用,油膜被封在接触区内,形成凹陷,并且该处油膜较为稀薄;在往复运动工况下,滚子周期性运动的次数影响零卷吸速度时滚子的油膜厚度,在起动瞬间滚子中部的油膜厚度最小,随着摆动次数的增加,滚子中部的油膜厚度逐渐增加,多次摆动后,油膜将达到相对稳定的厚度;载荷对滚子零卷吸速度下的弹流特性影响较大,随载荷的增大接触区增大,滚子端部最小油膜厚度变小,滚子端部边缘效应增大。     

基于Elrod算法的线接触乏油热弹流润滑分析

为研究中低速、中等载荷工况下不同供油条件对接触区润滑特性的影响,假设润滑剂分别为Newton流体和Ree-Eyring流体,建立考虑供油条件的线接触热弹流润滑模型。采用Elrod算法,将入口供油量作为输入参数,求解接触区油膜压力、膜厚和油膜温度的完全数值解。结果表明:随着入口供油量的降低,接触区入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动;相同供油条件下,随着速度和载荷的增大,入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动,乏油程度增加;随着供油量的增加,中心膜厚和最小膜厚也相应增加,且中心膜厚更易受供油量的影响;在乏油润滑条件下,Newton流体计算得到的油膜温度明显高于Ree-Eyring流体;随供油量的增加,Ree-Eyring流体的油膜最高温度增加,而Newton流体的油膜最高温度有先降低后增加的趋势;对于给定的工况,当入口等效供油膜厚接近该种工况下接触区处于充分供油状态下的最小膜厚时,接触区内的最高温升是相对最小的。     

界面滑移条件下弹流油膜的试验观察

在极低速纯滑动条件下完成高粘度聚丁烯弹流油膜的光干涉测量试验,观察到明显的油膜入口凹陷现象。试验结果表明,入口凹陷的深度随载荷的增加而增加,随卷吸速度的增加存在一个极大值。试验中润滑剂的粘度越高,入口凹陷越容易出现。纯滑动条件下,油膜厚度对速度和载荷的依赖关系明显偏离了经典的弹流理论。试验中观察到的入口凹陷证明了已有入口凹陷弹流数值分析的正确性。     

表面改性对滑动轴承弹流润滑的影响

考虑滑移边界条件,建立了极限剪应力模型和线接触弹流润滑模型,推导了润滑剂界面滑移速度,并修正了流体润滑Reynolds方程,针对界面改性后滑动轴承的润滑状态进行了探究。首先,分析了对轴瓦和轴颈界面均进行改性处理后,轴承润滑状态在整个弹流润滑接触区的变化;其次,分别研究了仅对轴瓦或者轴颈做改性处理的影响;最后,探究了界面改性对轴承摩擦因数的影响,并讨论了摩擦因数随载荷、速度的变化。结果表明,在弹流润滑的条件下,同时对轴瓦和轴颈进行表面改性处理时,油膜会在入口区形成凹陷,在出口区形成坍塌;仅对轴颈界面进行改性处理时,油膜会在整个接触区形成凹陷,对应的压力也会随之增加;相反,仅对轴瓦界面进行改性处理时,油膜厚度减小,压力降低;表面改性处理后,摩擦因数降低,并随载荷、速度的增大而减小。