间歇运动条件下等温弹性流体动力润滑分析

以钢球与玻璃盘之间的纯滚动接触为例,研究间歇运动条件下的等温弹性流体动力润滑,采用多重网格法对钢球与玻璃盘之间的等温弹性流体动力润滑进行数值分析。研究发现,在卷吸速度变化的过程中,中心膜厚和最小膜厚随着卷吸速度的减小而降低,在卷吸速度降为0后,呈现纯挤压的凹陷油膜形状;重新加速以后,在速度为0时间段形成的油膜凹陷将随着运动逐渐移出接触区。与此对应的,中心膜厚值下降,最小膜厚也达到最低值。随后的运动过程中油膜厚度增加,第二压力峰先减小后增加。     

往复冲击对脂润滑成膜性能影响的试验研究

冲击现象广泛存在于工业链、滚动轴承等机械零部件中,严重的情况下会引起冲击磨损。为探究冲击载荷对脂润滑条件下成膜性能的影响,在点接触光干涉弹流试验台上对锂基脂润滑条件下的膜厚演化进行冲击试验研究。试验时钢球和玻璃盘的初始间隙设置为0,冲击载荷按三角波往复变化。结果发现：在第一个冲击周期内,接触区存在大块的增稠剂纤维团,该纤维团造成接触区内的脂膜凹陷;随着冲击周期的增加,接触区内的大块增稠剂纤维团消失,脂膜厚度逐渐降低,润滑状态进入到薄膜润滑状态,最后发生了表面损伤;在任何一个冲击周期内,中心膜厚和最小膜厚大部分的时间都呈现固定值;中心膜厚随着冲击周期数的增加而减小,最小膜厚在最初的100个周期内变化很小,此后逐渐降低,最后为0。     

旋滚条件下弹流油膜的试验研究

应用光干涉方法,对旋滚条件下钢球-玻璃盘接触副形成的弹流油膜进行了试验研究.在试验中,通过调节接触副与玻璃盘旋转中心的距离即偏心距来获得不同程度的自旋分量.试验结果表明,纯滚条件下两侧缘处相等的最小油膜厚度由于自旋分量的引入不再相等,较小的最小膜厚具有较大的速度指数.侧缘处最小膜厚的速度指数大于中心膜厚的速度指数.随自旋的增加,油膜形状的非对称性增加,最小油膜厚度减小.随载荷和滚动速度的增加,自旋引起的油膜形状的非对称性增强.     

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。     

表面横向粗糙峰对点接触热弹流润滑的影响

通过数值解研究丁固体表面的横向粗糙峰对钢球与玻璃盘形成的热弹流润滑接触区压力、膜厚以及温度分布的影响。计算中假设钢球是静止的．即滚滑比为2。结果表明在粗糙峰出现的位置上，压力、温度均有急剧的增加，并且固体表面的凹陷现象也变得更加复杂。     

水润滑飞龙轴承的微观热弹流润滑分析

考虑温度场和轴承表面连续余弦波状粗糙度的影响,对水润滑飞龙轴承进行弹流润滑分析;通过数值分析方法求得轴承的完全数值解;分析粗糙度函数的幅值和波长对压力、膜厚的影响。结果表明：考虑表面连续波状粗糙度时压力和膜厚出现波动,最小膜厚减小;粗糙度函数幅值增大,压力变化不明显,膜厚波动增大,最小膜厚减小;粗糙度函数波长增大,压力波动增大,膜厚变化不大。     

水基磁流体轴承的微观弹流润滑分析

采用多重网格法和多重网格积分法对水基磁流体润滑轴承进行弹流润滑分析,在雷诺方程中考虑了热、非牛顿、磁场和时变的影响,探讨了粗糙度因素对弹流润滑性能的影响。分析中对比了轴-轴承双面和轴承单面带有正弦粗糙度时的润滑膜膜厚和压力的分布,并研究了双面都带有粗糙度相位不同时润滑膜压力和膜厚的分布。数值分析结果表明,两个表面都存在相同的粗糙度时,在波峰相对处的膜厚更小,压力更大,在波谷相对处的膜厚更大,压力更小;随着一个表面的粗糙峰远离另一个表面的粗糙峰时,膜厚和压力波动减小,润滑膜的最小膜厚逐渐增大,最大压力逐渐减小,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙谷相对时,膜厚和压力不在波动,最小膜厚达到最大,最大压力达到最小。然后当这个表面粗糙峰再继续接近下一个表面粗糙峰时,膜厚和压力的波动增大,润滑膜的最小膜厚又开始减小,最大压力又增大,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙峰相对时,膜厚和压力波动最大,最小膜厚达到最小,最大压力达到最大。     

表面速度效应对弹流润滑影响的实验研究

实验研究全膜条件下不同接触固体表面速度效应对弹流润滑的影响。实验在改进的经典的球-盘接触实验装置上进行,通过圆弧导轨改变玻璃盘和钢球转动方向夹角,利用可编程逻辑控制器(PLC)和伺服放大器控制电机的速率和转向。使用光干涉技术观测轻载下钢球和玻璃盘表面速度方向不在同一方向时接触区油膜的形状,通过MBI软件测量油膜中截面曲线。结果表明,随着两接触表面速度方向夹角增加,油膜厚度减小,当角度达到一定数值最小膜厚会有上升;随着两接触表面速度方向夹角的增大,沿着滑动速度方向上油膜形状的不对称性增加,该现象可用温度-黏度楔的机制解释。     

三角形周期脉冲载荷对轧辊轴承弹流润滑的影响

建立了三角形周期脉冲载荷作用下轧辊轴承弹流润滑数学模型,利用压力求解的多重网格法及弹性变形的多重网格积分法数值模拟了连续三角形周期脉冲载荷作用下乳化液润滑膜压力及膜厚的分布,分析了三角形周期脉冲载荷作用下润滑膜中心压力、中心膜厚及最小膜厚随时间变化的特性.计算结果表明,润滑膜中心压力的变化周期同脉冲周期一致,中心膜厚的变化滞后于脉冲和中心压力的变化;随三角形周期脉冲幅值的增大,中心压力和中心膜厚的振幅均增大,周期脉冲幅值越大,中心压力值越大,中心膜厚上下波动越大;当周期脉冲脉宽变大时,中心压力和中心膜厚的波动脉宽也变大,0.03 s后的中心膜厚上下波动范围变化微小.     

润滑油黏度和接触椭圆比对纯挤压热弹流润滑的影响

采用数值方法研究润滑油环境黏度和接触椭圆比对纯挤压热弹流油膜特性的影响。结果显示:随着黏度的降低,冲击-反弹总时间延长,中心压力峰值降低,第二压力峰变矮;与此对应的中心膜厚降低,中心温升也降低。随椭圆比的增加,冲击-反弹时间缩短,中心压力曲线的主峰和第二压力峰逐渐融合,压力幅值降低;中心膜厚则先增加后降低,最小膜厚则逐渐增加。与中心压力曲线的分布类似,中心温度的第二峰和主峰也逐渐融合,总体温升降低。     

变速变载变曲率时变等温线接触弹流润滑分析

在弹性流体动力润滑中,有时会出现速度、载荷、曲率半径同时随时间变化的工况.针对这类问题,选取一种椭圆凸轮,利用多重网格技术对椭圆凸轮/平底推杆副的线接触弹流润滑问题进行了数值仿真,给出了一个周期中压力和油膜厚度的变化情况.同时分析和比较了在不同工况下,中心压力和最小膜厚随时间的变化.数值计算结果表明:尽管在一个周期内,大部分瞬时的最小膜厚和中心压力的计算值与准稳态结果比较接近;但是在两表面速度反向运动期间,膜厚的计算值与准稳态结果存在着较大差异,说明挤压效应不可忽略.     

单粗糙峰对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响

建立了单粗糙峰函数模型,给出了考虑单粗糙峰时的膜厚方程.应用多重网格技术研究了单粗糙峰的幅值和波长对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响,并将单粗糙峰在不同幅值和波长情况下的中心压力、中心膜厚、最大温升和最小膜厚沿啮合线的变化与光滑解进行了比较.结果表明:单粗糙峰幅值和波长对齿轮热弹流润滑有着不同的影响,其中中心压力和最大温升随幅值的增大而增大,随波长的增大而减小,中心膜厚随幅值的增大而减小,随波长的增大而增大;与光滑解相比,粗糙峰的存在对弹流润滑产生较大的影响,使中心压力变大、中心膜厚变薄、最大温升值变大.     

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。     

线接触弹流脂润滑数值分析与实验研究

建立无限长滚子与平面的线接触等温弹流脂润滑模型,采用多重网格法研究纯滚工况下载荷和卷吸速度对润滑油膜特性的影响;采用多功能双色光弹流润滑油膜测量实验台,在相应工况下进行变载荷和变速度实验研究。数值模拟结果表明,较大的载荷可以获得更大的压力和更小的膜厚,较大的速度则主要提升了二次压力峰并增大了膜厚。实验结果表明:随着载荷的增大,整体膜厚、最小膜厚和中心膜厚均先增大后减小,但载荷较小时出现了最小膜厚和中心膜厚实验值和理论模拟值不一致的变化趋势,这可能是数值模拟分析时稳态假设与实际润滑脂流变特性、时变特性及润滑机制不符造成的;随着速度的增大整体膜厚、最小膜厚和中心膜厚都线性增大,且实验值与理论模拟值有较高的一致性。     

考虑固体颗粒效应的直齿轮跑合瞬态弹流润滑分析

建立了含固体颗粒的弹流润滑模型,推导了考虑颗粒效应的Reynolds方程,考虑了时变效应、载荷和转速,对直齿轮跑合进行了弹流润滑分析。结果表明:颗粒所在区域2的油膜压力显著增大,考虑颗粒后的膜厚减小。颗粒尺寸增大,油膜压力增大,膜厚减小。载荷增大,颗粒所在区域2的油膜压力增大,膜厚减小。转速越小,固体颗粒效应越明显,油膜压力变化显著,膜厚变小。考虑固体颗粒后的最小膜厚和最大压力均变小,中心油膜压力有所增大,中心膜厚减小。     

冲击载荷条件下线接触往复运动的弹流润滑特性

考虑到在工程实际中机械要素常受到冲击载荷的作用,研究在稳态加载、正弦波加载及三角波加载条件下线接触往复运动工况的热弹性流体动力润滑特性,并探讨在正弦波加载方式下,不同的冲程长度对热弹性流体动力润滑特性的影响。结果表明:冲击加载条件对油膜的压力、膜厚、温度都有较大的影响,随着载荷的增加,油膜中压力增大,膜厚降低,温度升高;在相同的加载方式下,冲程长度越长,一个周期相同瞬时的卷吸速度就越大,因此油膜厚度越厚,温升也越明显,而摩擦因数则明显降低。     

考虑流体惯性力的水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

利用考虑惯性力的Reynolds方程,对水润滑飞龙滑动轴承进行流体润滑数值分析。探讨不同载荷、转速以及表面粗糙度对压力和膜厚的影响,并与不考虑流体惯性力的热弹流解进行对比。结果表明,考虑流体惯性力的影响时,入口区压力增大,压力峰值有所减小,中心膜厚与最小膜厚均增大;随着载荷的增大,压力峰值增大,入口区的压力和膜厚减小;随着转速的增大,压力峰值减小,入口区压力及润滑膜膜厚增大;轴承表面粗糙度使得压力和膜厚均出现了连续波动,压力峰值增大,最小膜厚减小。     

表面织构对椭球体-平面接触热弹流润滑的影响

基于椭球体-平面几何和数学模型,分别采用多重网格法和多重网格积分法求解光滑及带有表面织构(正方体微凹坑、圆柱形凹坑)椭球体的压力、膜厚分布及其表面的温度分布,分析不同滑滚比(1.0~2.0)下2种不同表面织构的最小膜厚和最高温度。结果表明:温度对表面织构的弹流润滑性能影响较大,不可忽略;2种织构表面的油膜厚度较光滑表面增大,且在圆柱体表面织构的底面半径跟正方体表面织构边长相同时,前者表面所形成的油膜厚度更大,整体温度更小;随着滑滚比的增大,2种织构表面的最小膜厚减小,最高温度增大,其中圆柱体表面织构具有更大的最小膜厚,更低的最高温度。     

考虑粗糙表面特征等温弹流渐开线直齿齿轮的数值分析

采用了Patir and cheng的平均流动模型,通过联立求解弹流基本方程组,获得渐开线齿轮啮合过程的油膜压力、膜厚,并分析了啮合过程中表面粗糙度对齿轮传动最小膜厚和压力的影响。采用多重网格法,使计算具有快速收敛性和数值稳定性。     

粗糙表面塑性变形对弹流润滑性能的影响

利用弹塑性动压润滑理论来分析线接触条件下粗糙表面的塑性变形对润滑性能的影响。首先计算总变形量,然后根据弹塑性理论对总变形量进行修正获得弹塑性变形量。计算中采用直接迭代法对雷诺方程进行数值求解,用多重网格法得到弹塑性变形量。为定量分析塑性变形的影响,采用余弦粗糙度来代替实际的粗糙表面,通过改变余弦粗糙度的峰高、波长和相位来表征粗糙度的变化,以此来分析粗糙度对弹塑性流体润滑的影响。计算结果表明:考虑塑性因素后,在接触的高压区膜厚变小,油膜分布曲线变得平坦,同时接触区域的油膜压力也明显变小;此外塑性变形因素的存在使得接触区的压力和油膜分布宽度增加,第二压力峰和最小膜厚点后移。