表面波纹度对油水两相润滑轧机油膜轴承弹流润滑的影响

以轧机油膜轴承为研究对象,建立油水两相流的弹流润滑模型,利用多重网格法及Fortran程序分析表面波纹度对轧机油膜轴承润滑性能的影响。结果表明:表面波纹度对轧机油膜轴承润滑性能的影响不可忽略,并且是不利的;考虑波纹度后,接触中心区产生明显的波动现象,最大压力增大,最小膜厚减小,润滑性能减弱;随着表面波纹度幅值和波长的增加,接触区波动幅度更加显著;在一定范围内随着油水两相流体中含水量的增加,压力增大,膜厚增加,润滑能力增强。     

接触固体曲率半径对非稳态热弹流润滑的影响

研究接触区的当量曲率半径对弹流油膜性质的影响,利用多重网格法求得非稳态弹流润滑问题。得到了接触固体两种等效曲率半径下的热弹流润滑数值解。数值模拟的结果显示最小膜厚的变化与Hamrock和Dowson的点接触弹流润滑的最小膜厚公式一致。在其他参数不变的情况下,曲率半径增加一倍,油膜的压力大约减小一倍,其第二压力峰变钝变宽;而膜厚增大,但其增加的幅度相比压力的增加要小很多;而温度的变化减小。     

周期性载荷作用下的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算

滚珠丝杠相邻滚珠之间存在零卷吸速度接触,与常见的纯滚动或滚滑接触相比工况更恶劣,周期性载荷作用下相邻滚珠之间的接触则更为复杂。建立零卷吸工况下正弦波载荷作用的滚珠丝杠相邻滚珠间热弹流数值计算模型,采用多重网格法求解压力,多重网格积分法求解弹性变形,逐列扫描技术求解温度场,实现对线接触热弹流润滑的数值模拟。并以R100-25Y2型滚珠丝杠为研究对象,分析其油膜特性以及载荷幅值和表面波纹度对油膜特性的影响,结果表明：在加载过程中,由于挤压效应增强,“温度-黏度楔”效应增强,油膜凹陷深度及中心膜厚增大,最小膜厚减小,接触区最大温升增大,摩擦系数减小,卸载过程则相反;由于载荷变化的时变效应,油膜变化相比载荷变化存在一定的滞后性,而载荷波动幅值的增大进一步增强了该滞后性;表面波纹度的存在造成油膜压力和膜厚曲线的波动,特定的波纹度长度可导致中心膜厚和最大温升增大,而最小膜厚和摩擦系数减小。     

波动表面的等温弹流润滑分析

对具有波动表面的弹流润滑问题建立了数学模型,得到一种普遍的波动表面的点接触非稳态弹流数值算法.以准稳态解为初始条件,逐个周期求出了波动表面的等温牛顿流体弹流润滑的数值解,研究了两接触表面均带横向或纵向粗糙度的等温弹流润滑问题,分析了粗糙峰对压力和膜厚的时变影响,对比了接触表面带不同粗糙度的润滑性能,讨论了幅值和波长对压力和膜厚的影响.结果表明:接触区两表面的粗糙峰的叠加将产生更高的局部压力峰,膜厚变薄,粗糙峰的振幅越大,波长越短,对点接触弹流润滑越不利.     

表面波纹度和凹坑对线接触弹流的影响*

由于加工误差和表面损伤等,轴承零件表面会出现不同的表面形貌,表面凹坑和波纹度严重影响线接触表面的润滑性能。采用系统法求解高载和低载下波纹表面和凹坑表面的润滑膜压力和膜厚以及表层Mises应力,发现表面波纹度会使油膜压力出现波动,压力波峰处的压力值会大于光滑接触表面的油膜压力,表面会出现应力集中,高载时波纹度的影响更明显;表面凹坑会使凹坑两侧出现尖锐的压力峰,表面凹坑两侧出现肿块;当凹坑在接触中心时,油膜压力对凹坑深度非常敏感,较小的凹坑深度就会导致油膜崩溃;而出口区的凹坑会使二次压力峰移动到凹坑靠近接触中心的一侧,而且峰值压力远大于正常接触压力,凹坑处有局部高应力和严重的应力集中,高载时较小的凹坑深度会引起相对更明显的压力峰和应力集中。     

表面波纹度和凹坑对线接触弹流润滑的影响

由于加工误差和表面损伤等,轴承零件表面会出现不同的表面形貌,表面凹坑和波纹度严重影响线接触表面的润滑性能。采用系统法求解高载和低载下波纹表面和凹坑表面的润滑膜压力和膜厚以及表层Mises应力,发现表面波纹度会使油膜压力出现波动,压力波峰处的压力值会大于光滑接触表面的油膜压力,表面会出现应力集中,高载时波纹度的影响更明显;表面凹坑会使凹坑两侧出现尖锐的压力峰,表面凹坑两侧出现肿块;当凹坑在接触中心时,油膜压力对凹坑深度非常敏感,较小的凹坑深度就会导致油膜崩溃;而出口区的凹坑会使二次压力峰移动到凹坑靠近接触中心的一侧,而且峰值压力远大于正常接触压力,凹坑处有局部高应力和严重的应力集中,高载时较小的凹坑深度会引起相对更明显的压力峰和应力集中。     

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。     

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。     

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。     

摆动工况下直齿轮瞬态弹流润滑分析

建立摆动工况下直齿轮的弹流润滑模型,解决因旋转方向改变导致的坐标系统不一致的问题;考虑时变效应,对以正弦规律摆动的直齿轮进行弹流润滑分析。结果表明：摆动工况下的中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大压力均出现明显的波动变化,且都在旋转方向改变瞬时附近达到最小;摆动频率对压力和膜厚影响显著,在高频率摆动工况下的中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大压力变化幅度更明显,且均高于低频摆动工况下相应的油膜压力和膜厚;摆动工况特别是高频摆动工况下的中心油膜压力和最大油膜压力会出现骤增和骤降现象,使啮合齿面应力循环频率加大,易导致齿面接触疲劳,因此要避免高频摆动。     

表面粗糙峰/谷对大滑滚比线接触热弹流润滑接触的影响

假设在一个表面上存在单个粗糙峰或粗糙谷，采用数值分析方法研究大滑滚比下粗糙表面对线接触热弹流润滑接触的影响。研究发现：粗糙峰和粗糙谷造成油膜压力、膜厚和温升曲线的局部波动，其中压力的波动最为明显；在滑滚比较小时，粗糙峰和粗糙谷对压力、膜厚和温升曲线的影响较大， 随着滑滚比的增加，影响逐渐降低； 随着滑滚比的增加，粗糙峰幅值增加对压力、膜厚和温升曲线造成的波动也逐渐减弱。研究结果对于揭示滚珠丝杠或无保持架轴承等的润滑油膜形成和失效有重要意义。     

表面波度在平行滑块中的气穴润滑效应

采用了推广的平均流动模型及Greenwood和Tripp的粗糙面接触模型,分析了表面波度的幅值和波长对平行滑块气穴润滑的影响。指出表面波度是决定平行滑块油膜形成能力的最主要因素。对于给定的润滑系统,表面存在最佳波度使得油膜形成能力最强。     

表面波度对液体椭圆孔端面密封上游泵送特性的影响

表面波度与端面几何型槽的耦合影响使得密封性能的变化规律更为复杂。基于粗糙和波度表面假设,建立空化效应下端面椭圆孔液体上游泵送密封的理论分析模型,对上游泵送端面密封的压力分布和泄漏率进行数值求解计算,分析周向表面波度幅值、数量等几何参数和转速、密封压力等操作参数对开启力和泄漏率的影响规律。结果显示：表面波度使得密封端面产生更高的流体动压效果,并减弱上游泵送效果,容易导致密封介质的泄漏;随着波高和周向波数的增加,开启力略有增加;泄漏率随着波高的增加呈现正向增强趋势,但波数对泄漏率没有明显影响;在空化效应和表面波度的影响下,速度剪切产生的密封端面开启力可增加50%以上,并形成流体的完全上游泵送;密封压力和膜厚的增加,使得流体的上游泵送性能和密封性下降。     

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。     

新型动静压差速转台无负压条件下油膜温升特性

新型动静压转台运转过程中,静压腔外槽区可能出现负压使得动压油楔供油不足,影响油膜温升特性分析的准确性。为准确研究转台油膜的温升特性,通过FLUENT计算不同供油压力条件下,不同油膜厚度在静压腔外槽区不产生负压时对应的最大转速,并利用MATLAB拟合出相应的最大转速-膜厚曲线,得出随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜在静压腔外槽区不产生负压时所能达到的最大转速均逐渐增大的结论。在保证对动压螺旋油楔供油条件下,研究转速、供油压力和油膜厚度对油膜温升特性的影响。结果表明:转速对油膜温升的影响较明显,随着转速的升高油膜温度逐渐升高;随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜温度逐渐减小,而且油膜厚度和供油压力越大,低转速时油膜温升越不明显。     

粗糙度各向异性对润滑接触面摩擦的影响

齿轮、轴承、凸轮等重载接触副的性能受表面粗糙度的显著影响。高负载情况下的摩擦因数与润滑接触面粗糙度的各向异性相关。测量的表面粗糙度可以分解为一系列具有不同波长、幅值的正弦表面粗糙度,因此,考虑各向异性正弦表面粗糙度,构建粗糙表面点接触瞬态弹性流体动力润滑(TEHL)模型,提出基于多重网格算法的粗网格构造新方法,提高粗糙表面润滑问题求解的稳健性。研究表面粗糙度各向异性对高负载情况下摩擦因数的影响规律。结果表明,粗糙度的各向异性影响接触面压力、油膜厚度分布、粗糙度形变量,从而影响摩擦因数。提出一个组合函数来量化粗糙度各向异性对摩擦因数的影响,表明全膜润滑到混合润滑的过渡不仅与载荷、速度等工况参数相关,还与粗糙度各向异性相关。     

滚道曲面几何参数对球轴承性能影响的数值研究

为探讨深沟球轴承内外滚道与滚动体之间的配合曲面的几何形状对轴承性能的影响,采用数值模拟的方法研究了球与圆弧曲面接触的弹流润滑问题,并讨论了外滚道曲面的两种曲率半径对深沟球轴承有关摩擦学性能的影响。结果表明,在载荷不变的情况下,随着滚道横向曲率半径的增大,二次压力峰值逐渐减小,最小油膜厚度先是增加然后减小,存在最大值;而随着滚道圆周滚动方向曲率半径的增大,油膜厚度不断减小,说明滚道圆周滚动方向上的曲率半径小时具有更好的润滑状态。     

Inverse approach for calculating temperature in EHL of line contacts

This paper proposes a thermal elastohydrodynamic lubrication (TEHL) inverse approach to estimate the pressure, temperature rise, and apparent viscosity distributions in an EHL line contact. Once the film shape is measured, the pressure and estimated film thickness distributions can be calculated from force balance and elastic deformation theories. By using these smoothing pressure and film thickness distributions, the Gauss-Seidel iteration is employed to calculate the temperature rise distribution from energy, surface temperature, and rheology equations. This approach overcomes the problems of pressure and temperature rise fluctuations, and generates accurate results of pressure and temperature rise distribution from a small number of measured points of film thickness, which also saves computing time. Results show that the direct inverse method requires a lot of measured points to establish the amplitude and location of the pressure and temperature rise spikes, whereas the inverse approach can obtain the accuracy results with only 31 measured points. With the error from the resolution in the film thickness measurements, this approach also presents a smooth curve of the pressure and temperature rise distributions with a small error. Furthermore, this approach still provides a good solution in apparent viscosity, whereas the direct method provides a much larger error in apparent viscosity.     

圆柱滚子式三叉杆万向联轴器热弹流脂润滑特性分析*

为了分析圆柱滚子式三叉杆万向联轴器圆柱滚子与滑块槽之间的脂润滑状况,基于Ostwald模型建立线接触热弹流脂润滑数值计算模型。结合联轴器的稳态工况参数,采用多重网格法、逐列扫描法对润滑油膜压力、膜厚和平均温升求解;探究不同输入轴与输出轴轴线夹角、不同输入轴回转半径、不同圆柱滚子半径、不同初始黏度和不同流变指数对联轴器热弹流脂润滑特性的影响。研究结果表明:减小输入轴与输出轴轴线夹角、减小输入轴回转半径、减小润滑脂初始黏度有利于降低二次压力峰和平均温升,但膜厚减小;增大圆柱滚子半径有利于降低二次压力峰和平均温升,增大膜厚;增大流变指数,有利于增大膜厚,降低温升,但二次压力峰增大。因此,根据实际工况选择较小回转半径,适当减小轴线夹角和增大圆柱滚子半径,适当减小润滑脂初始黏度和增大流变指数,均有利于改善联轴器润滑特性。     

船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副混合热弹流润滑分析

凸轮-滚轮副是大功率船用发动机配气机构的关键摩擦副,除受到弹簧力和自身的惯性力之外,还受到来自喷油器的极高燃油压力,工作条件极为苛刻。为了分析该摩擦副的性能,建立船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副的混合热弹流润滑模型,计算燃油压力作用下的摩擦副油膜润滑、摩擦温升和磨损性能。结果表明：喷油器的燃油压力会显著降低凸轮-滚轮摩擦副之间的油膜厚度,同时产生较为严重的微凸体接触;随着环境温度的提高,凸轮-滚轮副的油膜厚度以及油膜温升会有所下降,而微凸体接触压力、摩擦力以及摩擦功率均会显著增加;滚轮打滑会造成凸轮-滚轮摩擦副的油膜厚度下降,同时导致油膜温升以及微凸体接触压力增大和并且致使表面磨损显著加剧。