基于CFD的齿面微凹坑润滑特性研究

为探究齿面微凹坑参数,如形状、深度和宽度等对准双曲面齿轮润滑性能的影响规律,建立简化的齿对接触二维平面润滑模型,利用Fluent软件仿真分析了微凹坑参数变化时油膜承载力、壁面摩擦力的变化规律。结果表明:未考虑空化效应时,宽度值为160μm、深度值为4.5μm的方形凹坑和梯形凹坑具有相近的齿面润滑性能改善效果;考虑空化效应对两者润滑性能的影响发现,方形凹坑获得了更大的油膜承载力和更小的壁面摩擦力。方形凹坑具有更明显的空化效应,能有效改善齿面润滑性能。     

表面织构形貌参数影响润滑性能的三维CFD分析

为研究在流体润滑条件下,表面微织构形貌参数对润滑性能的影响,建立考虑空化效应的单织构三维计算模型。用CFD方法模拟织构在不同深度、面积密度和表面形状条件下,油膜承载力、摩擦因数和压力分布的变化情况。结果表明:随着织构深度(面积密度)的增加,油膜的承载力先增大后减小,摩擦因数先减小后增大,即织构存在最优的深度和面积密度使得流体动压润滑性能最优;随着上壁面滑移速度的增大,织构的最优深度有减小的趋势,而最优面积密度趋于稳定;设计具有汇流作用的织构表面形状可以提高油膜的承载力,且速度越大,改善润滑的效果越明显。     

考虑空化的倾斜织构表面摩擦学性能CFD分析

为了研究倾斜织构表面的摩擦学性能,建立单微孔倾斜织构的二维计算模型并且考虑空化效应的影响。利用CFD方法模拟不同倾斜角、油膜厚度和织构深度条件下空化面积、织构表面压力分布和油膜承载力的变化情况。结果表明:与平行织构表面不同,在倾斜织构表面中,与不考虑空化相比,考虑空化效应时油膜承载力不一定更大,在倾斜角一定时,与油膜厚度有关;织构深度会影响承载性能,每个计算模型都会存在一个最优织构深度使得承载力最大,且最优承载力会随倾斜角的增大而增大,随油膜厚度的增大而减小;最优承载力增长率的变化趋势与空化效应有很大关系,空化效应较强时,最优承载力增长率会随着倾斜角的增大而减小,空化效应较弱时,最优承载力增长率会随着倾斜角的增大而增大。     

织构化表面空化效应影响润滑性能的CFD分析

考虑织构化表面润滑介质流场的空化效应,建立具有不同截面微结构特征的有限元计算模型,利用Fluent14.0软件进行计算,研究表面织构几何形状及尺寸对流体润滑性能的影响。结果表明:考虑惯性项作用时,表面微织构会产生额外的承载力,而且随着速度提高,承载力会进一步增大;考虑空化效应时,承载能力增大近一个数量级,更符合文献中的试验结果;与三角形、矩形及椭圆织构截面相比,球缺截面的织构空化面积更小,更有利于提高承载;微结构深度和宽度尺寸影响摩擦和承载性能,研究表明,减小织构深度、增大织构宽度有利于改善润滑性能。     

弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响

为了研究弹性材料表面微织构对摩擦副空化现象和润滑特性的影响,建立考虑空化效应的二维弹性织构计算模型,采用流固耦合方法计算润滑流场与材料变形之间的相互作用。对比刚性材料表面微织构,从弹性模量、滑动速度、微织构深度以及织构间距等方面分析弹性材料表面织构对摩擦副润滑性能的影响,通过实验验证模拟结果的准确性。结果表明：弹性织构摩擦副比刚性织构摩擦副摩擦因数更小,润滑性能更好;存在最优织构深度,使得弹性织构摩擦副的摩擦力最小且承载力最大;适当增大滑动速度以及织构间距可以提高弹性摩擦副的润滑性能;随着弹性模量的降低,弹性变形和油膜厚度增加,空化现象更为显著,摩擦副的润滑性能得到提升。     

织构长宽比对钻头轴承润滑减磨性能的影响

基于雷诺方程建立单一织构不可压缩牛顿流体润滑条件下的动压润滑理论模型,采用有限差分法和高斯-赛德尔迭代法求解雷诺方程,分析不同长宽比(平行速度方向为长度方向,垂直速度方向为宽度方向)织构表面对动压润滑性能的影响;并采用MMW-1型微机控制万能摩擦磨损试验机开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下的单元摩擦学实验,对比分析不同长宽比织构对销-盘摩擦副表面摩擦磨损性能的影响;综合数值仿真与单元摩擦学实验结果,分析织构长宽比对织构润滑减磨的影响机制。数值仿真结果表明,织构长宽比对织构动压润滑性能的影响与织构深度有较大的关系,织构深度小于最小油膜厚度时,织构长宽比越小,织构的动压润滑性能越好;织构深度大于最小油膜厚度时,织构长宽比越小,织构的动压润滑性能越差。单元摩擦学实验结果表明,不同长宽比织构均能有效提高表面的摩擦学性能,但表现为织构长宽比越小,织构表面抗摩擦磨损性能越好。数值仿真和实验结果的差异在于仿真分析为动压润滑状态,而单元实验研究则为混合润滑状态。     

织构分布影响钻头轴承减磨性能的仿真和实验研究

针对织构分布角度对织构润滑减磨性能影响的问题,基于Reynolds方程建立单一织构全油膜润滑条件下的动压润滑理论模型,求解不同分布角度下织构表面动压润滑性能,并计算织构表面空化单元数目,从织构表面空化效应角度分析织构分布角度对织构动压润滑性能的影响。开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下单元摩擦学实验,通过对比摩擦副试样表面摩擦学性能分析织构分布角度的影响。数值仿真结果表明,织构表面空化离散单元数目越多,其动压润滑性能越好;单元实验研究结果则表明,基于捕获磨屑、减小二次磨损的作用机制,织构单元垂直于滑移方向的边长越长,织构表面的摩擦磨损性能越好。     

空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响

为研究油液中不同空气含量对双盘配流式径向柱塞泵织构化配流副动压润滑效应的影响,建立单个二维表面织构微凹坑计算模型,采用CFD数值模拟的方法,分别从不考虑空化效应和考虑空化效应两种情况分析计算油液中不同空气体积分数对动压力大小产生的影响。研究结果表明:油液中空气含量越低,微织构产生的动压力越大、动压润滑效应越明显;不考虑空化效应时油液中空气体积分数的大小只改变动压力的大小,不改变动压力的变化规律;考虑空化效应时,油液中空气体积分数的大小不仅改变动压力的大小,动压力曲线斜率也发生变化。在相同空气含量下考虑空化效应时微织构产生的动压力更大、润滑性能更好。     

摩擦副表面沟槽型织构润滑性能的数值仿真

从目前的研究来看,织构的深度和载荷对油膜的润滑性能具有显著的影响,然而,在载荷变化的情况下,润滑膜的最小膜厚和黏性阻力是一个动态变化的过程。因此不同载荷下,最佳织构深度的选取还需系统地进行分析。通过建立沟槽型织构流体润滑模型,分析了织构的深度以及承载力对摩擦副的油膜厚度、压力、剪切力、以及摩擦因数的影响。结果表明：在承载力一定时,油膜厚度随织构深度的增加呈先增大后减小的趋势。在89 N载荷下时,存在最佳油膜厚度6.4184μm,此时织构深度为2.97μm,摩擦因数为0.0162。     

正弦状非对称织构的动压润滑性能

为研究正弦状非对称织构表面的动压润滑性能,对单个织构建模,设置周期性边界,运用CFD软件FLUENT计算仿真并分析。选取非对称型织构与对称型凹坑进行对比,求解织构表面对油膜的压力,雷诺数变化,织构上表面的运动方向变化对非对称织构承载力的影响。结果表明:对称织构在往复运动中表现出相同的动压性能,非对称型织构上表面运动方向相反时的动压润滑性能相差较大,且在某一运动方向上比单一织构表现出更大的承载力。织构承载力与壁面运动速度在一定范围内成线性关系。     

基于JFO理论的表面凹槽平行轴承间的润滑机制研究

目前表面纹理的润滑机制研究大多采用经典Reynolds方程进行数值分析,忽略了气穴的影响.以一阶Reyn olds方程为控制方程,将基于Vijayaraghavan Keith算法的JFO气穴模型用于探讨表面凹槽纹理对无限长平行轴承的影响,分析凹槽的分布形式和气穴压力值对其承载力的影响.结果表明:在润滑剂、滑动速度和最小膜厚保持不变的前提下,影响润滑性能的因素主要有气穴压力、凹槽数量和纹理的布局方式;当气穴发生时, Vijayaraghavan Keith算法的预测结果较经典Reynolds解更为准确;Vijayaraghavan Keith气穴算法对凹槽深度的变化并不敏感.     

二层沟槽织构对机床导轨表面润滑特性的影响

通过构建二层沟槽织构模型，仿真研究沟槽织构表面的流体动力效应。结果表明：沟槽容积相同时，与单层沟槽相比，二层沟槽的平均油膜压力可以达到单层沟槽的2.31倍；保持二层沟槽的量纲一总深度[β]1、第一层沟槽量纲一宽度[α]1不变时，随着第二层量纲一深度[β]2的增大，平均油膜压力先增大后减小，[β]2为4.4时，平均油膜压力达到最大值；第二层沟槽的量纲一宽度[α]2从0.25增大到0.45时，沟槽内的旋涡区也随之增大，平均油膜压力逐渐减小。     

表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响

为研究油气润滑状态下表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,在角接触球轴承的内圈滚道上设计表面织构,基于气液两相流理论,采用多重参考坐标系(MRF)模型和流体体积(VOF)法,对高速角接触球轴承腔内润滑油流动特性进行数值分析,对比分析长沟槽、短沟槽、矩形、圆柱形4种表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,发现长沟槽形的表面织构对改善角接触球轴承的润滑性能效果最为显著,并进一步分析长沟槽形表面织构结构参数对轴承润滑性能的影响。结果表明：轴承腔内油相体积分数随着沟槽深度和面积率的增大先增大后减小,随着沟槽宽度的增加逐渐增大,存在最佳织构参数使得轴承腔内油相体积分数最大。因此,合理地设计织构参数能有效提高角接触球轴承润滑性能,该研究结果对角接触球轴承表面织构设计具有一定的参考价值。     

空穴效应对倾斜轴颈轴承润滑性能影响的研究

为更准确地分析倾斜轴颈轴承的润滑性能,基于控制体积质量守恒原理,综合考虑宏观空穴和微凸体间空穴的影响,建立包括空穴区域在内的统一润滑控制方程,分析了宏观空穴和微凸体间空穴对润滑性能的影响。研究结果表明,空穴现象对最大油膜压力影响不大;宏观空穴现象使得轴承润滑油进口低压区域面积增大,形成较大的空穴区域,同时油膜出口边界滞后;微凸体间空穴使进口空穴边界和出口空穴边界均略微提前;在空穴区域,润滑介质密度低,空穴程度较大;微凸体间空穴对全润滑区域的润滑介质密度分布影响较大,特别是在空穴边界附近;宏观空穴对端泄流量、油膜力矩和油膜承载力有较大的影响,微凸体间空穴的影响可以忽略。     

齿轮仿生织构特征设计及有限元分析

为降低齿轮啮合界面摩擦,提升齿轮传动性能及寿命,基于仿生摩擦学和有限元仿真技术,通过研究齿面织构特征对齿面应力的影响规律,合理设计了齿面织构特征参数,包括仿生织构的形状、尺寸、密度、分布形式等。仿真结果表明:仿生沟槽宽度对齿面应力影响较大,沟槽深度、沟槽间距及沟槽与齿顶距离对齿面应力影响较小;沟槽深度的增加会导致齿面应力的降低;随着齿轮传递扭矩的增大,织构齿轮和光滑齿轮齿面应力均表现出明显增大的趋势,但相同条件下,织构化齿面的接触应力明显高于光滑齿面。     

旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响

为研究旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响规律,对方圈表面分别加工单槽和双槽等不同表面结构,利用ABAQUS仿真分析不同表面结构的旋转组合密封圈在完成过盈安装与流体加载后的应力及接触压力分布,并研究油槽宽度变化对组合密封性能的影响.仿真结果表明:在过盈安装与流体加载情况下,O形圈的最大vonMises应力均有所减少,...     

表面织构分布参数对流体动压润滑的影响及其数值优化

为获得最优的表面织构分布参数,以球冠凹坑织构模型为研究对象,选择不等边的矩形计算控制单元,建立水平和垂直分布距离(密度)不等的表面织构分布模型。根据流体动压润滑原理,基于Navier-Stokes方程建立二维Reynolds方程,并通过多重网格方法进行求解,以平均油膜压力和油膜压力峰值作为动压润滑性能的评价指标,研究表面织构分布间距对油膜压力数值大小和油膜压力稳定性的影响,并研究表面织构分布间距对油膜压力的影响机制。结果表明:控制区域平均油膜压力随凹坑控制单元边长的增大先逐渐增大再缓慢减小,当织构单元边长为凹坑半径的3.4倍,长宽比为0.82时,可以获得最优的油膜承载力;适当增大边界凹坑的控制单元,使边界处凹坑左右侧间距都在凹坑半径的3.4倍左右时,可以有效地提升油膜压力稳定性;泵吸作用和影响区域占控制区域比率的变化导致表面织构分布间距对油膜压力产生了影响。