指数率流体热弹流润滑分析

应用多重网格技术,求得了指数率非牛顿流体线接触热弹流润滑的数值解,分析了油膜压力、厚度和温度等随流变指数、速度参数、滑滚比及载荷参数的变化关系,并与相同工况下的等温解进行了比较。结果表明,随着流变指数的增加,油膜厚度和温度、入口处的当量粘度、最小膜厚、中心膜厚和最大温升均增大,而油膜压力和摩擦因数的变化较小。指数率流体弹流润滑问题的热效应不可忽略;与压缩功项相比,油膜能量方程中的热耗散项对温度的影响最大。同时,无量纲速度参数、滑滚比和载荷参数等均影响热弹流润滑特性。     

考虑自旋运动的弹性流体动力润滑热效应分析

为有效地评估润滑油膜热特性,采用Eyring非牛顿流体,建立考虑自旋运动的点接触热弹流润滑模型,应用多重网格技术和逐列扫描技术进行数值仿真,并讨论滑滚比、速度、特征剪应力、最大Hertz压力和自旋因数对弹流润滑性能的影响。结果表明:考虑自旋运动时,中高载时用非牛顿流体得到的油膜温度明显低于牛顿流体的油膜温度;自旋运动使膜厚及温度分布失去了原有的对称性,且对于较低剪切应力的非牛顿流体,自旋运动使温度分布的不规则性更明显;随载荷的增加,摩擦因数开始时几乎线性增加,而随着载荷的增加热效应也逐渐增强,因此摩擦因数在达到最大值后出现下降的趋势;随着自旋因数增加,膜厚及温度分布的不对称性增强,温度最大值升高,且向一侧偏移。     

凸轮机构混合弹流润滑特性分析

针对凸轮机构在混合弹流润滑状态下容易过早形成胶合和磨损等问题,对处于混合弹流润滑状态下的凸轮机构润滑特性进行研究。基于载荷分担思想,联立凸轮机构参数方程和弹流润滑理论方程,采用数值解法对凸轮机构推程中的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比进行求解,得到6种运动规律凸轮机构的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比随凸轮转动的变化曲线,并探究基圆半径、当量弹性模量和转速对凸轮机构混合润滑特性的影响。研究结果表明:增大基圆半径和转速有利于降低推程中的摩擦因数,且使膜厚和油膜承载占比增大,从而有利于改善润滑状况;增大当量弹性模量对推程膜厚影响不大,但会增大摩擦因数,使油膜承载占比减小,从而不利于润滑状况的改善。     

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。     

有限长线接触非牛顿热弹流润滑分析

建立有限长圆柱滚子的非牛顿流体热弹流润滑模型,选取Ree-Eyring流体和Power-Law流体进行有限长线接触弹流润滑分析。研究表明:随着接触线长度增大,端部效应减弱;Ree-Eyring流体特征剪切力对润滑温升和剪切力影响较大,而对润滑压力与膜厚影响甚微;Power-Law流体随指数增大,润滑膜厚明显降低;随载荷、转速升高,热解与等温润滑结果差异增大,热效应对摩擦因数的影响尤其显著。     

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。     

不同工况条件对直齿轮副弹流润滑特性的影响研究

根据弹流润滑理论与渐开线直齿轮齿廓啮合特点,建立非牛顿流体直齿轮副弹流润滑模型,采用数值方法求解不同工况条件对油膜压力、油膜厚度分布及啮合周期内摩擦因数的影响。研究表明,转速、输入转矩及润滑油粘度产生变化,均会影响油膜压力及膜厚分布,最终导致啮合周期内摩擦因数发生变化,且摩擦因数在靠近节点处达到最小值。     

直齿轮传动非牛顿流体瞬态弹流润滑研究

综合考虑润滑流体的非牛顿特性以及齿轮传动的瞬态效应，采用Bair-Winer粘塑模型推导了非牛顿流体雷诺方程，建立了非牛顿流体瞬态弹流润滑模型；进行直齿轮传动非牛顿流体弹流润滑数值分析，获得了齿轮传动沿啮合线的油膜压力、油膜形状以及摩擦因数的分布。结果表明：在非牛顿流体工况下，油膜厚度、油膜压力以及轮齿表面摩擦因数均有所降低,因此在齿轮弹流润滑研究中应考虑流体的非牛顿特性的影响。     

线接触弹流润滑综合数值分析

应用多重网格法和多重网格积分法数值求解rNewton流体和Ree-Eyring流体线接触等温和热弹流润滑问题，分析了滑滚比对摩擦因数的影响，指出了润滑油的流变性和热效应对线接触弹流润滑油膜粘度的影响，以及不同滑滚比时压力、膜厚和温度的分布规律。结果表明：等温润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加而增加，热弹流润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加先增加后减小，热效应和非牛顿流体的剪稀作用均会使润滑油的等效粘度降低，从而影响摩擦因数；热效应的存在使油膜变薄，且在所讨论的工况条件下Newton流体的膜厚比Ree-Eyring流体的稍薄，热效应使第二压力峰变矮，且Ree-Eyring流体的第二压力峰矮于Newton流体的第二压力峰；纯滚动时，Ree-Eyring流体的温度比Newton流体的温度高，有滑滚比时，Newton流体的温度比Ree-Eyring流体的温度高，且油膜的温度随滑滚比的增加而增加。     

指数率非Newton模型弹流润滑中的零件温度效应

在工程实际中,机械零件多工作于高、低温等各种环境条件下。为了研究零件温度对指数率非Newton模型热弹流润滑性能的影响,采用独特的非牛顿处理技术,求得指数率非Newton流体线接触热弹流润滑问题的完全数值解,讨论零件温度、润滑剂的流变指数及当量环境黏粘度等对指数率非Newton模型热弹流润滑性能的影响,并与牛顿流体进行对比。结果表明,与牛顿流体类似,不管流变指数大于1还是小于1,中心膜厚均取决于由零件温度决定的接触区入口处的当量黏度。不同的零件温度条件下,流变指数越大,油膜越厚,温度越高;当量环境黏度会影响膜厚和油膜温度。因此,指数率非Newton模型热弹流润滑中,零件的温度效应不容忽视。     

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。     

滚滑比对滚动轴承摩擦性能的影响研究

采用多重网格法进行了非牛顿流体的等温线接触弹流润滑和线接触热弹流润滑的数值计算,分析了热效应和不同圆柱滚子转速下的滚滑比对滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度和压力分布的影响;基于滚滑摩擦基础性能试验台,进行了试验并研究了不同圆柱滚子转速下滚滑比对圆柱滚子-轴承内圈摩擦副摩擦性能的影响。结果表明:滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度随着滚滑比的增大不断减小,随着圆柱滚子转速的增大不断增大,且线接触热弹流润滑工况下的润滑油的油膜厚度明显小于等温线接触弹流润滑工况下的油膜厚度;随着圆柱滚子转速的增加,油膜压力不断降低,当圆柱滚子转速较大时,油膜压力受转速影响较小;在不同的圆柱滚子转速下,圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的摩擦系数随着滚滑比的增大而增大。     

渐开线直齿轮瞬态微观热弹流润滑分析

考虑了瞬态效应、轮齿表面油膜温度场和轮齿表面纵向粗糙度等因素,对渐开线直齿圆柱齿轮的弹流润滑问题进行研究。载荷由双齿或单齿承担,根据实际载荷谱简化的轮齿载荷曲线,利用压力求解的多重网格法和弹性变形求解的多重网格积分法以及温度求解的逐列扫描技术,得到渐开线直齿轮瞬态微观热弹流润滑问题的完全数值解,讨论了轮齿间油膜的厚度、压力、温度沿啮合线的变化规律。数值计算结果表明,齿轮表面纵向粗糙度对轮齿间油膜的压力、膜厚、温升都有较大影响。考虑轮齿表面粗糙度后,油膜压力和温升明显增大,并随压力的增加而影响越来越显著,粗糙峰使油膜压力分布和温度分布产生振荡,轮齿表面的粗糙峰对摩擦因数影响较小,摩擦因数和最高温升在节点两侧最大。     

考虑黏压效应的风电齿轮热弹流分析

在线接触热弹流润滑的基础上,考虑黏压效应,对风电行星轮系齿轮副进行热弹流润滑数值分析,并采用热弹流润滑数值方法和ISO/TS 6336-22计算了齿轮副的最小油膜厚度、安全系数和闪温温度,并比较各主要啮合点的压力和油膜厚度分布。结果表明：与使用ISO/TS 6336-22计算的结果对比,采用热弹流润滑理论计算的油膜更厚,但安全系数更小;在风电齿轮副热弹流润滑分析时应考虑压力对黏度的影响;风电主齿轮箱齿面因啮合产生油膜厚度随温度增加会迅速降低,最小油膜厚度会随载荷增加迅速减小,因此风电齿轮箱要保证足够的润滑,并尽量避免在高于额定载荷下长时间持续运行     

指数率非牛顿流体线接触时变热弹流润滑分析

应用多重网格法，求解得到了指数率（Power Law）非牛顿流体在线接触时变变温条件下的弹流润滑数值解。分析了稳态条件下流变指数n对压力、油膜厚度及温度的影响；时变条件下流变指数n对承载量和摩擦因数的影响。结果表明：稳态条件下，随着流变指数n的减小，油膜厚度增大，油膜人口压力和第二压力峰也在增大，出口温度减小，其它部分温度升高；时变条件下，流变指数n对承载量的影响主要集中在π／2与3π／2附近且在π／2附近影响显著；随着流变指数n的增大摩擦因数明显增大，且时变周期内摩擦因数的波动变大。     

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。     

陶瓷球轴承的热弹流润滑分析

建立陶瓷球轴承热弹流润滑的数学模型,利用多重网格法和逐列扫描法,得到陶瓷球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,并与普通轴承计算结果进行比较。结果表明:转速与载荷会对陶瓷轴承的接触区的压力、膜厚、温度产生影响,其中随着转速的增加,最小膜厚增加,摩擦因数减小,滚动体表面温度下降,而随着载荷的增加,最小膜厚减小,摩擦因数增大,滚动体表面温度上升;在相同的工况参数下,陶瓷球轴承的油膜压力低于普通轴承,膜厚高于普通轴承,轴承内圈、滚动体、中层油膜的温升小于钢质轴承,因而陶瓷轴承的润滑性能更好,使用寿命更长。     

乏油工况下斜齿轮热弹流润滑特性研究*

建立斜齿轮的乏油热弹流润滑模型,并讨论供油量、转速和齿面粗糙度对润滑性能的影响。结果表明:乏油工况下增大入口区供油量,润滑区的膜厚增大而摩擦因数、温升和次表面应力幅值降低;随着供油量增大,乏油润滑特性逐步趋于全膜润滑状态下特性;随着转速升高,润滑膜厚增大但幅度有限,相应温度场增大和次表面应力场增大;齿面粗糙度会使油膜压力出现剧烈的波动,在油膜压力峰位置的次表面会出现应力集中。     

热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

基于有限长线接触的锥齿轮热弹流润滑分析

为了研究锥齿轮的热弹流润滑机理,基于弹性流体动力润滑理论,建立有限长线接触模型,研究了直齿圆锥齿轮热弹流润滑特性。首先,将直齿圆锥齿轮热弹流问题近似等效为两同向圆锥滚子的准稳态热弹流润滑问题,应用多重网格法和逐列扫描法求解了锥齿轮整个接触线上的油膜压力、油膜厚度及固体和油膜中层的温度。结果表明,直齿圆锥齿轮沿齿宽方向上各点的压力、膜厚、温度均不相同。其中,小端的油膜压力略大于大端的油膜压力;小端的油膜厚度小于大端的油膜厚度;沿齿宽方向的温度分布差异较为明显,油膜中层的温度大于两固体表面的温度。该研究为直齿圆锥齿轮的润滑设计提供一定的理论依据。