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。     

自旋对角接触球轴承弹流润滑与油膜刚度的影响

根据角接触球轴承自旋运动特征,同时考虑弹流润滑效应,建立角接触球轴承考虑自旋运动的弹流润滑模型;采用多重网格法求解弹性变形,利用有限差分法迭代求解雷诺方程,得到较为精确的数值解;分析不同赫兹接触压力、滚道表面粗糙度下自旋对角接触球轴承弹流润滑和油膜刚度的影响。结果表明：考虑自旋时随着Hertz接触压力、自旋角速度增大,油膜厚度减小,油膜压力增大,油膜承压区域呈细长状,并向接触中心靠近;随着滚道表面粗糙度幅值增大,油膜压力和膜厚均出现了波动,且考虑自旋运动时,轴承油膜厚度明显减小,油膜局部压力峰值更大;随着卷吸速度、润滑油黏度增大,油膜刚度减小,而考虑自旋运动时油膜刚度值更大;随着自旋角速度增大,油膜刚度逐渐增大。     

周期性载荷作用下的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算

滚珠丝杠相邻滚珠之间存在零卷吸速度接触,与常见的纯滚动或滚滑接触相比工况更恶劣,周期性载荷作用下相邻滚珠之间的接触则更为复杂。建立零卷吸工况下正弦波载荷作用的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算模型,采用多重网格法求解压力,多重网格积分法求解弹性变形,逐列扫描技术求解温度场,实现对线接触热弹流润滑的数值模拟。并以R100-25Y2型滚珠丝杠为研究对象,分析其油膜特性以及载荷幅值和表面波纹度对油膜特性的影响,结果表明：在加载过程中,由于挤压效应增强,“温度-黏度楔”效应增强,油膜凹陷深度及中心膜厚增大,最小膜厚减小,接触区最大温升增大,摩擦系数减小,卸载过程则相反;由于载荷变化的时变效应,油膜变化相比载荷变化存在一定的滞后性,而载荷波动幅值的增大进一步增强了该滞后性;表面波纹度的存在造成油膜压力和膜厚曲线的波动,特定的波纹度长度可导致中心膜厚和最大温升增大,而最小膜厚和摩擦系数减小。     

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。     

偏心凸轮副时变乏油润滑数值分析

为研究乏油条件下偏心凸轮副的润滑状态,基于凸轮-挺杆机构建立时变乏油润滑模型,探究一个周期内6个典型瞬时(60°、120°、180°、240°、300°、360°)的压力和油膜厚度变化规律,并分析不同凸轮旋转角度下转速、初始载荷和润滑油黏度等参数对接触区润滑状态的影响。结果表明：当凸轮转至180°时,膜厚最小,压力最大,乏油状况最严重;限量供油下最小膜厚出现在凸轮转角为180°时,但是凸轮转角为0°时乏油速度最快,乏油程度更深;增大凸轮旋转速度时乏油速度更快,乏油程度更深;相同供油条件下,润滑油黏度越高使得接触区乏油情况越严重,乏油速度更快,乏油程度更深;载荷对接触区的润滑状态的影响较小,只在凸轮转角为0°接触区卷吸速度最大时,能够体现出载荷对接触区润滑状态的影响。     

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。     

基于套圈变形的柔性轴承弹流润滑分析

以柔性轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹性薄壁圆环理论,建立柔性轴承等温椭圆点接触弹流润滑模型,对滚珠及内外圈滚道的接触区受载荷最大位置处进行弹流润滑数值分析;计算危险点的曲率半径、速度及载荷,分析载荷及速度变化对该位置润滑性能的影响。研究结果表明:套圈变形使得润滑接触区峰值压力增大、膜厚减小;柔性轴承弹流润滑油膜最小膜厚及中心膜厚均随载荷的增大而减小,油膜压力随载荷的增大而变大,表明载荷增大对柔性轴承的承载有一定影响;随转速的增大最小膜厚及中心膜厚均增大,表明在一定范围内,适当提高转速能够改善润滑性能。     

加载条件下零卷吸凹陷油膜分布的试验研究

为探究加载过程中零卷吸工况下油膜的变化情况,使用球-盘光干涉试验机进行PAO100润滑油润滑下的摩擦实验。实验过程中通过伺服电机驱动钢球和蓝宝石盘以等值反向速度稳定转动,同时匀速加载;采用工业相机拍摄球-盘之间的油膜图像,实验后使用双光干涉法测量接触区中截面油膜厚度。实验发现：在加载情况下,当表面速度较低时且载荷较小条件下,油膜规律性不强,只有当载荷增加到一定程度,“温度-黏度楔”效应才会起作用,形成中央凹陷油膜;中央凹陷出现的时间随着表面速度的增加而提前;在速度较高条件下,中央小凹陷会迅速演化为大凹陷;与稳态结果的对比显示,时变效应会延迟“温度-黏度楔”效应的作用。     

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.     

基于Carreau流变模型的圆柱滚子轴承热混合润滑分析*

为了研究圆柱滚子轴承接触区的混合润滑性能,建立基于Carreau非牛顿流体的热混合润滑模型,求解非牛顿流体线接触热混合润滑数值解。研究滑滚比、卷吸速度及载荷对线接触混合润滑特性的影响,并与相同工况下牛顿流体热混合润滑的结果进行对比。结果表明：随着滑滚比、卷吸速度及载荷的增大,油膜温度都会升高,Carreau非牛顿流体的温度要低于牛顿流体的温度;油膜厚度随着滑滚比、载荷的增大而减小,随着卷吸速度的增大而增大,Carreau非牛顿流体与牛顿流体膜厚相差不大;随着滑滚比的增大,2种流体的平均摩擦因数均增大,随着卷吸速度和载荷的增大,2种流体的载荷比均减小。     

凹坑边缘隆起对弹流油膜的影响

采用光束干涉技术研究纯滑条件下表面单凹坑及边缘隆起对弹流油膜的影响.实验结果表明,随着卷吸速度的增加,边缘隆起处在弹性恢复阶段时,阻碍润滑油的流动,在靠近隆起处形成了明显的凹陷;当隆起完全恢复后,其对润滑油流动的影响减弱,凹陷也随之消失.比较相同工况下凹坑表面和光滑表面出口油膜的特征,分析凹坑位置对油膜的影响,结果显示凹坑表面的出口膜厚略有增加;凹坑处在接触区中央位置时对油膜的影响最为明显.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

线接触零卷吸弹流条件下的急停分析

对滚珠丝杠、滚珠蜗杆、无保持架滚柱轴承中常见的零卷吸状态下的急停问题进行热弹性流体动力润滑模拟;采用不同的初始零卷吸表面速度和急停时间,探讨线接触零卷吸条件下发生急停时油膜压力、膜厚和温升的变化。结果表明：相同急停时间下,中心压力和中心膜厚在急停过程中逐渐增大,随初始零卷吸表面速度的增加而轻微减小;初始零卷吸表面速度相同时,中心压力和中心膜厚均随急停时间的增加而逐渐增加;油膜的温度峰在急停前期缓慢下降,而在急停后期急剧下降。零卷吸工况下的急停会造成运动过程中接触区中心压力的急剧增加,会导致两接触固体间的应力远超过材料的屈服极限,使两接触表面会发生塑性变形,造成表面损伤。     

基于弹流润滑的滚子轴承参数研究

基于弹流润滑理论研究滚子轴承结构参数对其润滑特性的影响。结合弹性接触变形方程以及流体动力学润滑方程,建立适合于滚子轴承的弹流润滑模型,研究在不同椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度等因素作用下滚子轴承的摩擦学性能变化规律。结果表明：椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度会不同程度地影响压力峰值及二次压力峰等参数;随着椭圆率的增大,油膜厚度以及压力显著增大;随着载荷的增大,总体压力、压力峰值、二次压力峰及其尖锐度明显增大,但最小油膜厚度略有下降;黏度与最小油膜厚度以及压力存在着明显正相关关系;卷吸速度与油膜厚度存在着微弱正相关关系,与油膜压力存在着微弱负相关关系。因此,一定程度上增大椭圆率并减小载荷,有利于提高润滑性能。     

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。     

流变模型对弹流润滑数值解的影响

采用Carreau流变模型和Ree-Eyring流变模型,研究不同流变模型对黏度较低的Squalane润滑油弹流润滑数值解的影响。分别计算不同卷吸速度、不同滑滚比下Eyring流变模型、Carreau流变模型的摩擦因数,并与试验值进行比较,同时比较Eyring流变模型与Carreau流变模型的摩擦因数、油膜最高温度、中心膜厚及最小膜厚随滑滚比、卷吸速度和最大赫兹压力变化的数值解。结果表明:在滑滚比较小时Eyring流变模型的摩擦因数更加接近试验值,在滑滚比较大时Carreau流变模型的摩擦因数更接近试验值;滑滚比对不同流变模型之间数值解的差别没有影响;随着卷吸速度的增大,Eyring流变模型所对应的膜厚值逐渐高于Carreau流变模型,而油膜最高温度逐渐小于Carreau流变模型;随着最大赫兹压力的增大,Carreau流变模型的油膜最高温度及摩擦因数逐渐大于Eyring流变模型。研究表明,在温和工况下Eyring流变模型更适合Squalane润滑油的弹流分析。