接触表面性质对圆柱滚子轴承混合润滑的影响

目的为了提高圆柱滚子轴承的润滑性能,研究滚子与外圈表面纹理及硬弹比对圆柱滚子轴承混合润滑的影响。方法基于平均流量模型、非牛顿效应、热效应和粗糙峰的弹塑性变形,建立了圆柱滚子轴承有限长线接触热混合润滑模型。研究了表面纹理及硬弹比对膜厚、膜厚比、载荷比、平均摩擦系数及最高温度的影响。结果随着表面纹理参数的增大,油膜厚度逐渐减小,粗糙峰接触压力、平均摩擦系数和载荷比逐渐增,最高温度先减小后增大,最小膜厚先增大后减小。但表面纹理参数小于1/3时,对最小膜厚的影响非常小。表面硬度引起的完全塑性变形、弹塑性和塑性变形、完全弹塑性变形对润滑状态的影响不同。在硬弹比处于0.01～0.03时,粗糙峰同时发生弹塑性和塑性变形,油膜厚度、最小膜厚、载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度不随表面硬度而变化。当硬弹比小于0.01时,粗糙峰产生完全塑性变形;当硬弹比大于0.03时,粗糙峰发生完全弹塑性变形。这两种情况的载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度均随着表面硬弹比的增大而增大。在不同工况下,表面硬度与表面纹理参数对圆柱滚子轴承润滑状态的影响存在差异。在表面纹理参数小于1/3时,表面硬度的影响占主导地位;在表面纹理参数大于1.0时,表面纹理参数的影响占据主导地位。结论表面纹理参数等于1.0时,润滑状态最好;硬弹比处于0.01～0.03时,综合润滑性能最好。在不同条件下,表面纹理参数与表面硬度对润滑影响的程度不同。因此,圆柱滚子轴承混合润滑中,存在最佳的表面纹理参数和表面硬弹比。     

基于热混合润滑的钢/橡胶接触表面水润滑增强调控

目的 增强钢/橡胶摩擦副的润滑性能,为提高混合润滑状态下水润滑轴承的性能提供参考。方法 建立水润滑条件下钢/橡胶摩擦副的热混合润滑模型,讨论热效应对润滑性能的影响,并在此基础上进一步研究表面粗糙度、水基润滑剂黏度和供水压力对水润滑增强调控的作用。结果 与等温解相比,热效应使Stribeck曲线发生了右移,摩擦因数和载荷比增大,膜厚比降低。最高水膜温度随着转速的增加而升高,热效应对混合润滑性能的影响显著。减小摩擦副表面粗糙度,Stribeck曲线向左移动。在相同转速下,载荷比随着表面粗糙度的减小而降低,膜厚比反之。表面粗糙度越大,水膜温度越高,最高温度位于出口区,且钢的表面温度低于水膜和橡胶的表面温度。当水基润滑剂的黏度增大时,膜厚比增大,载荷比和最高水膜温度降低,Stribeck曲线发生左移。增加供水压力可以改善水膜压力分布,使水膜承载区增大、压力减小,粗糙峰接触压力和承载区减小,导致载荷比减小、膜厚比增加,Stribeck曲线向左偏移,水膜最高温度降低。当接触区由边界润滑向混合润滑过渡时,水膜最高温度出现拐点,且水膜最高温度拐点随着供水压力的增加而左移。结论 热效应会降低摩擦副的混合润滑性能,因此在混合润滑中不能忽略。考虑热效应时,通过减小表面粗糙度,或增加水基润滑剂黏度和供水压力,均有利于增强钢/橡胶接触表面水润滑的混合润滑性能。     

表面织构及供油量对润滑性能影响的建模分析

目的研究不同供油条件下织构表面的润滑性能。方法首先,建立考虑表面织构的乏油润滑模型,求解修正雷诺方程获得乏油工况下考虑织构表面的润滑油膜厚度以及压力分布。然后,依据求得的润滑油膜厚度判断计算域内各点润滑状态,通过接触压力及油膜厚度分别计算边界润滑、混合润滑以及流体润滑状态下的切应力,并积分求得摩擦力进而得到摩擦系数。结果模拟了供油层厚度为50~500 nm以及充分供油条件下三种织构的润滑行为,获得了不同润滑状态下表面织构的摩擦系数。速度为0.1 m/s时,供油量对接触区油膜厚度的影响较小,不同润滑状态下织构表现出不同的润滑性能。速度为0.2 m/s时,供油层厚度对油膜厚度的影响较大,随着供油层厚度的增大,膜厚明显增加,摩擦系数在供油层厚度为200 nm时最小。结论接触副处于流体润滑状态时,织构表面不具有减摩效果。接触副处于边界润滑状态时,织构表面具有减摩效果,并且织构较密时,摩擦系数较小。接触副处于混合润滑状态时,织构过于稀疏或密集时均不具有减摩效果,但是合理分布的织构具有减摩效果。     

高速铝箔轧制的润滑

铝箔轧制的特点要求轧制油具有低粘性和高油膜强度。铝箔轧制润滑属于混合摩擦范围。以混合好的轧制油补充油的消耗，可以稳定地维持轧制油成分，减小添加剂的消耗量。合理设计油箱尺寸，是缩短轧制油停留时间，避免轧制油失效的主要途径。     

铝板带轧制润滑作用机理及对轧后质量的影响

针对铝板带冷轧过程中的润滑状态、润滑作用机理及对轧后表面质量的影响进行深入研究。在四球摩擦磨损实验中测试分析了轧制油的摩擦学性能,进而在轧制实验中获得了轧制润滑特征曲线以及不同的润滑条件下轧后表面形貌和粗糙度。结果表明:铝板带冷轧变形区润滑状态为边界润滑,可以获得优异的轧后表面质量,同时与无润滑轧制相比,在边界润滑状态下轧制,其最小可轧厚度最大可降低50%,表面粗糙度Ra最大可减小53%。     

轧制润滑对二次冷轧生产及产品表面形貌的影响

阐述了冷轧过程中轧制润滑对生产工艺及对带钢表面形貌的作用。运用轧制润滑理论试制出多种具有不同化学性能的轧制油及乳化液润滑剂,应用到二次冷轧生产中,研究其对生产过程轧制力、轧制带钢表面粗糙度、光泽度和微观表面形貌等的影响作用,并运用研究结果解决了生产过程中出现的二次冷轧板表面"白斑"缺陷。     

低黏度燃料介质中部分膜点接触弹流润滑分析

目的某型发动机转子系统直接采用JP-10燃料对传动部件进行润滑,但燃料润滑的可靠性是限制其应用的瓶颈技术之一,因此拟研究传动部件在JP-10介质中的润滑状态。方法建立点接触部分膜弹流模型,模型以弹流润滑理论与弹性固体接触理论为基础,应用有限差分法进行完全数值求解。通过比较在JP-10、航空润滑油4050和4109介质中,油膜厚度、油膜压力及粗糙接触压力的分布,分析了JP-10的润滑性能。结果 JP-10形成的油膜厚度与压力均小于另外两种润滑油,JP-10介质中的粗糙接触压力远大于另外两种润滑油中的粗糙接触压力。结论 JP-10的润滑性能比常用的航空润滑油弱,其润滑可靠性较低,需要采取先进表面加工技术对传动部件间的接触表面进行防护,同时在合理范围内提高流体卷吸速度,提高表面加工质量,有利于流体润滑膜的形成。     

油水两相流润滑轧机油膜轴承的摩擦行为分析

目的研究含水润滑油对轧机油膜轴承的摩擦学性能的影响。方法选取轧机油膜轴承为研究对象,利用油水两相流体数学模型和弹流润滑方程研究轧机油膜轴承在等温条件下的润滑特性,分析油水两相流体润滑膜的压力、膜厚分别随含水率、滑滚比、轴颈间隙、主轴转速和轧制力的变化关系。结果水介入润滑油之后,随着含水率的增加,油水两相流体的黏度先增加,在含水率为30%左右时达到最大值(0.08 Pa·s),之后又迅速减小,直至接近于纯水的黏度(0.001 Pa·s)。当含水率为30%时,无量纲膜厚达到最大值(0.82),当含水率为90%时,无量纲膜厚达到最小值(0.68)。结论随着含水率的增加,油水两相流体由油包水流型转化为水包油流型,压力变化不大,膜厚先增加后减小,作为润滑剂,油包水流型比水包油流型具有更好的润滑性能,且在流型转变点处的润滑性能最优。随着滑滚比和轧机油膜轴承主轴转速的增加,压力减小,承载能力减弱,膜厚增加,润滑性能增强。随着轴颈间隙和外部轧制力的增加,压力增加,承载能力增强,膜厚减小,润滑性能减弱。     

铝箔轧制工艺润滑油的调配

润滑和冷却效果良好的轧制工业油是铝箔轧制顺利进行的重要保证,阐述了润滑油的润滑原理和影响轧制工艺油性能的各类添加剂的调配,以及调配对应注意的问题。     

时变效应对轧辊轴承热弹流润滑的影响

介绍了时变效应对于乳化液热弹流润滑轧辊轴承的影响,对比了稳态与时变条件下的热弹流润滑膜的压力与膜厚。建立了考虑时变效应的乳化液润滑轧辊轴承热弹流润滑数学模型,利用压力求解的多重网格法和弹性变形的多重网格积分法,得到了时变条件下乳化液热弹流润滑轧辊轴承的数值解。计算结果表明:时变效应对于热弹流乳化液润滑膜压力的影响很小,但对于膜厚的影响却很大,即时变效应时乳化液的润滑膜厚明显变薄。     

Theoretical analysis based on a modified mixed-film lubrication model for metal forming processes

An analytical model for metal rolling in the mixed lubrication regime was developed based on Wilson and Chang‘s asperity flattening model and Von Mises homogenous deformation model.A more rigorous average Reynolds equation was used to calculate the hydrodynamic pressure.The variations of the yield stress with strain were considered in the model.An efficient iteration procedure was developed to solve the contact area.film thickness and hydrodynamic pressure.The model is more practical with fewer assumption and converges quickly.It is applicable to a wider range of rolling regimes.The calculation results using the model agree well with the literature as well as with measured data from a rolling mill.     

铝板冷轧润滑模型及应用

提出一种建立于流体动力学及塑性变形原理基础上的铝板冷轧润滑模型。可用于预测分析轧制变形区内油膜厚度、前滑、轧制压力及摩擦力分布等。该模型首先求解板材入口速度，然后得到油膜厚度，进行了高粘度矿物油铝板轧制试验，实测了不同压下率下入口油膜厚度，结果表明：实测值与计算值相当吻合，该模型为进一步研究板材冷轧及其润滑过程，优化生产工艺提供了依据。     

不同流态下织构化动压滑动轴承润滑特性研究

为了探究不同流态下动压滑动轴承润滑及承载特性，以织构化动压滑动轴承为研究对象，基于Ng-Pan湍流润滑理论，建立不同流态下织构化动压滑动轴承润滑模型，分析润滑油流态、微织构以及轴承结构参数对动压滑动轴承油膜压力以及承载力的影响。研究表明：湍流流态能够有效地提高织构化动压滑动轴承的油膜压力，临界雷诺数随间隙比的增加而减小，随偏心率的增加而增大;不同流态下织构化轴承承载力随坑径与膜厚的增加而逐渐减小，随间距的增加呈现波动变化，随转速、偏心率与长径比的增加而增加，且湍流流态的承载远高于层流流态。     

Modeling of the inlet zone in the mixed lubrication situation of cold strip rolling

In this paper a method to simulate the oil thickness and length of elastic deformation in the inlet zone of cold rolling has been developed. The mixed film lubrication model was adopted to describe the behavior of the lubricant and asperity deformation. The elastic Von Karman equation was used to describe the elastic deformation of strip in the inlet zone. The length and lubricant film thickness of the inlet zone can be obtained by a numerical method. Results of simulations show that the reduction, rolling speed, back tension have a significant influence on the lubricant film thickness and the inlet zone length.     

局部凹坑织构化径向滑动轴承流体动力润滑数值分析

目的 探究局部凹坑织构化表面对径向滑动轴承流体动力润滑的影响.方法 基于雷诺边界条件和Reynolds方程,建立凹坑织构化径向滑动轴承表面流体动力润滑理论模型,采用Gauss-Seidel松弛迭代方法数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析其润滑油膜承载机制,探讨凹坑几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律.结果 理论模型的数值解与经典理论的数值解误差较小,能有效分析轴承的流体动压润滑特性.当偏心率较大时,摩擦力的上升幅度也变大,在轴承承载区进行凹坑织构化处理能明显减小摩擦力,并且随着凹坑深度的增大,摩擦力减小,可见凹坑起润滑减摩的作用.油膜承载力随着偏心率的增大而增大,通过凹坑织构的"楔形效应"能够改善非承载区的油膜压力,存在最佳凹坑深度使得轴承达到流体动力润滑最佳状态.摩擦力随着面积率的增大而增大,特别是在偏心率较大时,润滑减摩效果较为明显,面积率对油膜承载力影响不大.将织构布置在径向滑动轴承的不同区域,其中当织构完全在下半瓦(压降区)时,织构能明显增大油膜厚度,产生油膜压力,有效降低摩擦力,提升承载力.结论 凹坑织构能明显改善径向滑动轴承流体动力润滑性能,合理设计轴承的偏心率,合适的织构参数与分布位置,能使流体动力润滑效果最佳.     

交叉沟槽织构化粗糙表面流体润滑数值分析

目的 探究粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体动力润滑性能的影响。方法 基于质量守恒空化边界条件和平均流量模型的Reynolds方程,建立计入表面粗糙度效应的交叉沟槽织构化表面流体动力润滑理论模型,采用多重网格法进行数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体润滑性能的影响规律。结果 油膜承载能力随着沟槽宽度的增大而增大,表面粗糙度对油膜承载能力的影响随着沟槽宽度的增大而增大。存在最佳的沟槽深度和间距使得交叉沟槽所产生的流体动力润滑效应达到最强,表面粗糙度对油膜承载能力的影响在最佳沟槽深度附近最大,粗糙度对油膜承载能力的影响随着沟槽间距的增加而增大。油膜承载能力随着交叉角度的增大呈现先增大后减小的趋势,粗糙度对油膜承载能力的影响随着交叉角度的增加而增大。交叉沟槽的重叠系数对油膜平均压力几乎没有任何影响,粗糙度对油膜承载能力也几乎不受重叠系数的影响。结论 在利用数值分析方法研究交叉沟槽织构流体动力润滑性能时,不能忽略粗糙度的影响,表面粗糙度在一定程度上抑制了交叉沟槽所产生的流体动力润滑效应,降低了油膜承载能力。