弹性流体动力润滑的热效应

简述热弹性流体动力润滑的概念、理论的发展及其科学基础。在给出一组典型的点接触热弹流数值解之后,通过实例集中描述5种热效应,即摩擦因数与滑滚比之间的关系、入口温升导致油膜减薄、尺度效应、热黏度楔效应和固体温度效应。澄清了润滑工程界对热弹流润滑的几个模糊理解,指出热弹流研究面临的主要困难,并展望其发展前景。     

Thermal Elastohydrodynamic Lubrication of Ceramic Materials

ABSTRACT

The effect of thermal conductivity on point elastohydrodynamic lubrication (EHL) contacts was discussed with representative engineering ceramics and steel by a non-Newtonian thermal EHL analysis. Through this investigation, fundamentals of EHL characteristics of contact surfaces composed of different thermal conductivities were generally revealed and a combination of optimum ceramic materials has been proposed. Furthermore, when the contacting materials are the same, it has been pointed out that the equivalent elastic modulus should be rather small and the thermal conductivity of the contact material should be high to obtain a thick overall film thickness and low film pressure.     

变卷吸速度的点接触热弹流润滑分析

非稳态热弹流润滑一直是研究的热点和难点,针对变卷吸速度的点接触热弹性流体动力润滑问题,利用多重网格积分法,得到变卷吸速度的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解。结果表明:卷吸速度的变化会引起油膜压力、膜厚和温度的变化;当卷吸速度变化到一定值时,在接触区会产生油膜的凹陷;凹陷的产生可用“温度-粘度楔”机制解释。     

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。     

海水润滑赛龙轴承热弹流润滑理论分析

利用Reynolds方程,对海水润滑条件下赛龙轴承在考虑热效应时的弹流润滑问题进行数值模拟,讨论载荷、转速和轴承轴径大小对海水润滑膜压力及膜厚的影响。结果表明:热效应对于水膜压力影响很小,而考虑热效应时的膜厚会有所减小;随载荷的增大,压力峰值有所增大,膜厚随载荷的增大有明显的减小;随转速的增大压力峰值减小,而膜厚随转速的增大而有明显的增大;轴径的大小对于水膜压力和膜厚的大小影响不明显。     

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。     

非牛顿热弹性流体动力润滑的能量参数

面向非牛顿热弹性流体动力润滑,定义了一个能量参数,它综合考虑了尺度效应、非牛顿效应和热效应。经过数值解验证了该参数的独立性,通过改变尺度讨论了该参数的变化对选择弹流模型的影响。结果表明:当该参数较小时,热效应可以忽略,牛顿流体热模型和Eyring流体热模型可分别用对应的等温模型来替代;而当该参数增大到一定值时,非牛顿效应可以忽略而热效应则必须加以考虑,此时Eyring流体热模型可用牛顿流体热模型来替代。     

滚动轴承热弹流润滑数值分析

采用多重网格法对滚动轴承进行了热弹流润滑数值计算,得出了接触点处的油膜压力、厚度和温度分布情况,并研究了不同转速、载荷和滚子半径对润滑参数的影响.     

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。     

线接触脂润滑热弹性流体动力润滑数值分析

基于Ostwald模型建立的脂润滑控制方程与能量方程联合求解,通过压力-温度的循环来计算线接触脂润滑热弹性流体动力润滑数值解。分析了一般工况参数对润滑膜压力分布和润滑膜形状的影响,探讨了不同工况下热效应对脂润滑弹流数值解的影响。     

水基磁流体滑动轴承热弹流润滑分析

利用考虑热效应的Reynolds方程,对不同载液磁流体滑动轴承进行热弹流润滑数值分析。探讨了载液和磁粉体积分数对磁流体滑动轴承弹流性能的影响。结果表明:酯基H01磁流体滑动轴承的压力峰最小,膜厚和弹流温度最大;烃基E03磁流体滑动轴承的压力峰最大,膜厚和弹流温度最小;水基A01磁流体滑动轴承的压力峰、膜厚和弹流温度均在前两者之间;随着磁粉体积分数增大,水基磁流体的弹流润滑膜膜厚不断增大,压力无明显变化,弹流温度不断升高。     

变位齿轮齿条传动的热弹流润滑分析

建立了齿轮齿条传动的热弹流润滑模型,考虑齿轮热效应和正负变位齿轮沿啮合线在不同啮合点的综合曲率半径变化、卷吸速度的变化和单双齿啮合引起的载荷变化,分析齿轮齿条传动机构在不同瞬时、载荷随时间变化的非稳态弹流润滑数值解。讨论了变位系数对齿轮齿条弹流润滑油膜压力和膜厚的影响并分析了正变位和负变位对中心膜厚和最小膜厚的影响规律。结果表明,正变位可以降低油膜压力,增加膜厚,改善齿轮齿条机构的润滑状态;负变位使油膜压力升高,膜厚变薄。因此,设计齿轮齿条传动机构时,在符合要求的前提下,应尽量选择正变位齿轮,避免选择负变位齿轮。     

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。     

轴线偏斜对可倾瓦推力轴承润滑性能的影响

轴偏斜是实际运行推力滑动轴承中普遍存在的现象,轴心线的偏斜是造成推力轴承失效的主要因为之一.建立可倾瓦推力滑动轴承弹性流体动压润滑的计算模型,计算5组不同轴偏斜角下的轴承润滑性能,并将其与未偏斜时的润滑性能作对比.结果表明,轴偏斜造成每块瓦的油膜厚度、压力分布、瓦面温度均不相同,其中对油膜厚度、压力分布影响很大,对瓦面温度分布影响较小;在全膜润滑状态下,微小的偏斜角变化会造成最小油膜厚度和最大压力明显的变化,但瓦面最高温度变化很小.     

法向振动下的非牛顿热弹流润滑分析

假设润滑剂为Ree-Eyring非牛顿流体,考察了法向振动对线接触热弹流润滑性能的影响;法向振动由两固体间刚体位移随时间的简谐变化来表征,求得了稳态工况及一个振动周期内各时刻的瞬态解;并讨论了振动的频率和振幅对压力、膜厚、温度、摩擦因数等参数的影响.结果表明：时变效应导致了接触区内的动态凹陷现象;频率的变化主要影响膜厚的大小和凹陷的形状,而振幅的变化会很大程度上改变承载系数的变化幅度.     

大型动静力径向可倾瓦轴承热弹流体润滑研究

用有限元素法建立瓦块3维弹性变形计算模型。针对小包角瓦块支点非均匀布置方式及下方瓦块设有高压油顶起油囊的大型低速重载动静力润滑径向可倾瓦轴承,研究了由于瓦块3维弹性变形对轴承热动力润滑性能的影响。结果表明,在低速重载条件下需要考虑瓦块的弹性变形对动静力可倾瓦轴承热动力润滑性能的影响。     

水润滑动静压陶瓷轴承的热弹流润滑分析

建立了水润滑动静压陶瓷轴承的弹流润滑几何模型,采用考虑了热效应的Reynolds方程,对水润滑动静压陶瓷轴承进行考虑热效应时的弹流理论分析。研究了不同工况下供水压力对水润滑动静压陶瓷轴承的压力膜厚影响,分析了不同工况下润滑膜局部最高温度出现的区域,得到了速度、载荷对水润滑动静压陶瓷轴承润滑膜温度控制的协同作用曲线。结果显示,初始供水压力的静压效应有利于轴承润滑,初始供水压力增大,润滑膜膜厚增大,不同工况下压力变化趋势不同;不同工况下,润滑膜局部最高温度的区域发生变化;当润滑膜局部最高温度保持在一个定值时,不同的速度和载荷组合对润滑膜局部温度控制呈现反相关的协同作用,并且在不同工况下,速度、载荷的相关性变化趋势不同。     

变位斜齿轮的热弹流润滑数值分析

运用斜齿轮有限长线接触数学模型,对渐开线变位斜齿轮进行热弹流润滑数值分析;分析正变位、负变位、等变位3种变位系数下斜齿轮的热弹流润滑状态,计算不同变位系数下斜齿轮的油膜压力、膜厚及温升,并与标准斜齿轮传动计算结果进行比较。结果表明:热弹流润滑条件下,斜齿轮的变位对油膜压力影响不大,对膜厚有较大的影响;变位斜齿轮正传动时,随变位系数的增大,压力减小,膜厚增大;沿最长接触线时,与标准斜齿轮的传动相比,变位斜齿轮正变位系数下压力最小、膜厚最大、温度最低,因此,选择正变位系数更有利于斜齿轮的润滑。     

水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

利用考虑热效应的Reynolds方程,对水润滑条件下的飞龙轴承进行考虑热效应时的弹流润滑理论分析。通过数值模拟讨论载荷、转速和轴径对水润滑膜压力及膜厚的影响。结果表明:热效应对水润滑膜压力的影响几乎可以不计,而膜厚减小;随载荷增大,压力峰值有所增大,膜厚随载荷的增大而减小;随转速的增大压力峰值减小,而膜厚随转速的增大而增大;轴径的大小对压力的影响不明显,但随轴径的增大膜厚减小。     

水污染对径向滑动轴承热弹流润滑的影响

研究润滑油水污染对水轮机滑动轴承弹流润滑的影响。通过实验确定油水混合物的黏度、水的质量分数以及温度三者间的关系;研究在不同含水量油水混合液润滑下滑动轴承的润滑性能,分析滑动轴承从初始状态到达稳定状态过程中轴心轨迹的变化规律,以及轴承到达平衡位置时各润滑特性参数的分布,包括液膜流体压力、最大液膜压力、液膜厚度、最小液膜厚度、液膜温度等。结果表明,随着含水量的增加,油水混合物的黏度增加,且变化明显,而润滑油的密度、比热容以及导热系数虽增大,但变化并不大;各种因素综合影响的结果,使得轴承液膜承载能力增强,液膜厚度和温度增加,最小液膜厚度增大,最大液膜压力下降。