点接触混合润滑闪温分析

基于统一的Reynold方程系统,数值分析点接触混合润滑固体表面温度分布。采用瞬态移动点热源积分方法计算闪温,通过两表面温度平衡方程迭代确定热流分配系数,研究在不同卷吸速度和滑滚比情况下,光滑表面和非高斯随机粗糙表面点接触混合润滑的温度分布。结果表明:数值模拟得出的两表面温差很小,符合实际情况;非高斯随机粗糙表面与光滑表面最大温升都在出口区,非高斯随机粗糙表面比光滑表面温升更高;滑滚比一定时,卷吸速度越大两表面温升越大;卷吸速度一定时,滑滚比越大两表面温升越大。     

圆柱滚子轴承的微观非牛顿热弹流润滑分析

为研究滚动轴承中接触副间的弹流润滑性能,基于滚动轴承,建立圆柱滚子与轴承外圈接触的微观非牛顿热弹流润滑模型,分析牛顿流体和非牛顿流体在不同特征剪应力、滑滚比、载荷参数条件下的差异,并考察不同粗糙度幅值及波长的影响。结果表明,滚子端部温度受特征剪应力的影响比滚子中部大,在粗糙度的影响下,油膜温度波动幅度随特征剪应力的增大而增大;牛顿流体和非牛顿流体油膜温度及摩擦因数均随着滑滚比、载荷的增大而增大,且牛顿流体油膜温升和摩擦因数明显大于非牛顿流体;接触区内的油膜厚度、压力及温度的波动随着粗糙度幅值的增加波动越剧烈,而随着粗糙度波长的增加波动趋于平缓,并且由于粗糙度的影响,在滚子中部产生的局部温升随滑滚比、载荷的增大而增大。     

指数率非牛顿水基磁流体热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场和非牛顿效应的雷诺方程,并且采用多重网格法和多重网格积分法,对指数率非牛顿水基磁流体滑动轴承进行热弹流润滑分析。探讨了非牛顿流体指数、磁场强度、滑滚比和曲率半径对水基磁流体弹流润滑膜膜厚和压力的影响。结果表明:在水基磁流体润滑的条件下,水基磁流体润滑膜厚随着指数的增加而减小,压力随着指数的增加的变化不明显;随着磁场强度和滑动轴承滑滚比的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚增大,压力无明显变化;随着滑动轴承曲率半径的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚减小,入口区压力增大,压力峰减小。     

线接触脂润滑弹流润滑分析

工程中大多数滚动轴承采用脂润滑,但是润滑脂具有非牛顿体特性和润滑过程的时效性,较难准确地建模分析其润滑特性。通过总结脂润滑弹流的理论分析与实验研究进展,基于Ostwald本构模型建模,用Gauss-Seidel迭代法和Jacobi双极子迭代法分析脂润滑条件下的润滑膜厚度分布和压力分布;探讨不同流变指数、不同载荷和不同卷吸速度对脂润滑弹流特性的影响。结果表明:载荷和卷吸速度对润滑脂膜厚和压力的影响与油润滑相似;稳定后的脂润滑膜厚接近相应工况基础油润滑膜厚的1/2;润滑脂的非牛顿特性越显著,则膜厚越小,压力分布越接近Hertz接触应力分布。     

滚子偏斜工况下的圆柱滚子轴承弹流润滑分析

以存在滚子偏斜工况的圆柱滚子轴承为研究对象,基于轴承拟静力学模型与有限长线接触弹流润滑模型建立圆柱滚子轴承弹流润滑理论计算模型,并基于力学特性分析工况参数对圆柱滚子轴承滚子与滚道接触区域润滑性能的影响,结果表明：力矩载荷作用后,油膜压力与油膜厚度呈非对称分布;力矩载荷越大,油膜压力和油膜厚度的偏斜程度越明显,易导致轴承润滑性能恶化;径向载荷和内圈转速越大,油膜压力偏斜程度越小。     

圆柱滚子轴承中偏歪斜滚子的修形设计

为了减小滚子的边缘效应和偏歪斜效应,采用Eyring非牛顿流变模型,将抛物线修形函数应用于有限长线接触热弹流润滑中,压力求解采用多重网格技术,温度求解采用逐列扫描技术。当圆柱滚子歪斜后,采用特殊的坐标变换技术求解。当圆柱滚子偏斜后,先给定无量纲载荷偏距的初始值E_w,然后求得油膜压力和油膜厚度,计算无量纲力矩M。计算力矩的相对误差Err_M,同时通过高松弛得到载荷偏距的新值。当滚子分别处于理想状态、偏斜状态、歪斜状态和偏歪斜耦合状态时,对滚子母线进行修形都可减小滚子的边缘效应,并能减小滚子的偏斜或歪斜效应;滚子处于4种状态下时,滚子母线修形存在一个最佳量。4种滚子状态对应的最佳修形量分别为9、11、14和16μm。采用给直母线滚子加上一个凸度函数进行修形的方法简单可行,为滚子修形的工程应用提供了新思路。     

球-环接触摩擦力测量系统的研制*

研制一种球-环接触摩擦力测量系统,该系统可以模拟滚动轴承中滚动体与轴承外圈之间的接触,通过调节球和环的转速可以测得不同滑滚比下的摩擦力。介绍系统的组成和测量原理,选用PAO20和PAO40两种基础油进行测量试验,验证系统的准确性。使用该系统测得不同滑滚比、卷吸速度及黏度工况下的摩擦因数变化曲线。结果表明:摩擦因数随滑滚比的增大而缓慢增大直至平缓,随卷吸速度的增大而逐渐减小。该结果与经典的润滑理论的结果一致,验证了测量装置的准确性。     

考虑表面粗糙度和热效应的线接触非牛顿混合润滑分析

为了研究表面粗糙度及热效应对非牛顿混合润滑的影响,基于平均流量模型,考虑表面粗糙度以及热效应,建立线接触非牛顿混合润滑模型。研究表面粗糙度对膜厚、膜厚比、平均摩擦因数、载荷比以及温度分布的影响,并与等温解进行比较。结果表明:随着表面粗糙度的增大,油膜温度逐渐升高,尤其是出口区与入口区的温升最为显著,且油膜温升越大,载荷比及平均摩擦因数越大,膜厚比越小;与等温解相比,热解的膜厚比及平均摩擦因数小,载荷比大;等温与热条件相比,中心膜厚与最小膜厚随表面粗糙度的变化趋势差异显著,说明热效应对混合润滑的影响不可忽略。     

变卷吸速度过程对直齿圆柱齿轮热混合润滑的影响

以渐开线齿轮为研究对象,建立考虑时变效应的齿轮混合润滑模型,计算得到卷吸速度随时间变化的直齿圆柱齿轮的混合润滑数值解,并分析以不同加速度起动和制动过程对齿轮润滑油膜形状和压力的变化。结果表明:起动过程开始时,由于速度较低,整个齿轮润滑系统处于混合润滑状态,随着速度的不断增加,边界润滑效应逐渐消失,接触区也由边界润滑区进入弹流润滑区,并且加速度值越大,边界润滑就会提前结束,进入全膜润滑状态;由于速度在很短时间内变化,必须考虑时变效应,变速过程及变速过程结束后的一段时间都存在时变效应;起动和制动过程的油膜压力和膜厚变化是不可逆的。     

基于多参数耦合的圆柱滚子轴承润滑分析

在滚动轴承润滑中,轴承表面粗糙度和固体颗粒对润滑油的影响不能忽视,因此需对Dowson-Higginson方程进行修正。考虑表面粗糙度、固体颗粒、轴承动力学及滚子修形的多尺度参数的耦合影响,建立圆柱滚子轴承的复杂润滑模型并进行数值求解,提出一种基于Dowson-Higginson公式的最小膜厚改进公式。利用轴承动力学求解滚子的实际载荷和速度,结合有限长滚子弹流润滑,考虑表面粗糙度和微极流体效应,建立有限长弹流润滑模型,并推导出改进的油膜厚度方程。结果表明：圆柱滚子轴承润滑存在“端面效应”,最小油膜厚度与最大油膜压力均出现在滚子两端,通过滚子凸度设计可改善这种现象。数值算例分析结果表明,改进后的膜厚方程具有较高的精度。改进后的膜厚方程准确、全面地描述了圆柱滚子的实际润滑情况,能够为其结构设计、加工方法、传动效率、润滑特性、疲劳寿命及可靠性等研究提供理论及分析工具。     

任意偏斜下水润滑橡胶艉轴承混合润滑性能*

为探究大偏心率(ε≥1)下水润滑橡胶艉轴承沿端面偏斜的混合润滑性能,综合考虑表面粗糙度、弹性变形、接触压力、偏斜角对水润滑橡胶轴承混合润滑特性的影响,提出大偏心率(ε≥1)下滑动轴承沿端面任意偏斜的膜厚计算方法,并应用于艉轴承缩比模型混合润滑分析。通过数值模拟研究重载条件下水润滑橡胶艉轴承水膜压力、接触压力随偏斜角的变化规律,分析偏斜角、偏斜方向角等对水润滑橡胶轴承混合润滑性能参数的影响。研究表明：在混合润滑条件下,轴颈沿端面偏斜对流体载荷影响相对较小,但会显著增强润滑界面的接触效应从而恶化其润滑性能;横向偏斜一定程度上会提高直槽式水润滑橡胶轴承的承载能力,偏斜角增加到一定程度时会引起最大水膜压力沿偏斜端反向移动;偏斜角对水润滑轴承润滑特性的影响在混合润滑阶段内较为显著,在弹流润滑阶段其影响将会削弱。     

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。     

基于推力球轴承的点接触弹流润滑分析

研究了推力球轴承的钢球与滚道间形成的椭圆接触等温弹流润滑问题。据此问题建立的数学模型既有沿接触椭圆短轴方向的卷吸速度分量，又有沿其长轴方向的卷吸速度分量，且速度值处处各异。运用多重网格法求得了几组参数下的完全数值解，并分析了转动速度、中心距、椭圆比等参数对结果的影响。     

基于热弹流体动力混合润滑的船舶柴油机主轴承摩擦研究*

基于柔性机体和柔性曲轴模型,运用JFO边界条件下的扩展Reynolds方程和Greenwood/Tripp微峰接触理论,计入温度对摩擦润滑的影响,建立船舶柴油机机体和曲轴耦合下的主轴承的热弹流体动力混合润滑模型,并与不同计算模型进行对比和验证。结果表明:在热弹流体动力混合润滑模型下,单轴承座模型的计算结果偏于保守,整机体模型较为合理;在全柔性整机体模型下,THD模型过于理想,计入定值温度影响的EHD模型较TEHD模型的摩擦功耗偏大,说明温度对油膜的影响对主轴承的摩擦特性有重要作用。同时,通过与ALLMAIER方法对比验证,表明TEHD计算模型更具可靠性。因此,对于大型船舶柴油机而言,全柔性、计入表面接触和温度对油膜及摩擦副影响的热弹流体动力混合润滑模型是适宜的选择。     

线接触热弹流润滑的数值分析

基于Ree—Eyring流变模型，建立线接触热弹流润滑方程，通过数值计算得出了载荷参数、速度参数、材料参数和滑滚比对于二次压力峰、最小油膜厚度和最大油膜温度的重要影响。     

等温点接触弹流的润滑特性研究

针对改善点接触高副接触零件润滑状况的现实问题,对赫兹接触区内的润滑油膜进行了研究。耦合了接触力学和流体动力润滑方程,采用多重网格法,使用Fortran语言编程求解,对等温点接触弹流润滑方程组进行了数值计算,从而得到了不同椭圆率Ke、载荷w、卷吸速度u和粘度η_0等参数影响下的膜厚和压力变化曲线;通过研究膜厚和压力变化过程中最小膜厚和二次压力峰的位置,以及膜厚和压力的变化程度,得到了影响赫兹接触区内油膜变化规律的因素,并进行了分析和阐述。研究结果表明:接触椭圆随着椭圆率、载荷、卷吸速度和粘度等参数的改变而发生变化,接触椭圆的改变不同程度上影响着润滑油的膜厚和压力;在一定范围内增大椭圆率、卷吸速度和粘度及减小载荷,有利于改善润滑性能。     

考虑粗糙度的直齿圆柱齿轮热混合润滑分析

以渐开线直齿圆柱齿轮为对象,建立了其线接触混合润滑模型,应用多重网格法求解压力、多重网格积分法计算弹性变形、逐列扫描法求解温度以及通过剪应力分析计算非牛顿流体等效粘度等数值技术,求得了几组参数下渐开线直齿圆柱齿轮的热瞬态混合润滑完全数值解,分析了齿轮转速、传递功率、油膜比厚等参数对润滑膜压力和厚度的影响.结果表明随齿轮转速和油膜比厚的增大,中心压力减小,膜厚增大.随传递功率增大,中心压力增大,膜厚减小.     

基于Carreau流变模型的渐开线齿轮摩擦因数研究

结合载荷分担概念和弹流润滑理论,研究润滑剂的流变性对渐开线齿轮油膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响;分别采用Carreau流变模型和Doolittle-Tait自由体积黏度模型描述润滑剂的剪切稀化特性及黏压关系,研究齿轮载荷、转速、表面粗糙度和润滑剂压黏系数对摩擦因数的影响。研究结果表明:不同的润滑剂剪切稀化特性不同,因此油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均不同;摩擦因数随着转矩的增大先显著增大,当超过某一转矩值时,摩擦因数开始缓慢变化;摩擦因数随着转速的增加先显著减小,当转速增加至某一值时摩擦因数又随之增大;随着表面粗糙度和润滑剂压黏系数的增大,摩擦因数均明显增大。