乏油条件下圆柱滚子轴承的弹流润滑分析

基于有限长线接触弹流润滑理论,将等效供油层厚度和轴承相关参数作为输入量,求得乏油条件下圆柱滚子轴承弹流润滑的完全数值解;比较充分供油与乏油条件下轴承的润滑性能,研究乏油条件下供油层厚度、载荷、转速对圆柱滚子轴承润滑性能的影响。结果表明:随着供油量的减小,油膜厚度减小,第二压力峰降低,压力的起始点位置移向Hertz接触区;载荷增加,油膜厚度减小,这将对轴承的润滑产生十分不利的影响;随着转速的增加,压力区变得平坦,油膜颈缩向出口区移动,乏油程度更加严重。     

表面粗糙度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响

为了揭示表面粗糙度对圆柱滚子轴承线接触稳态弹流润滑性能的影响,本文建立了具有表面粗糙度的圆柱滚子轴承弹流润滑模型,并推导出了摩擦系数方程;采用有限差分法求解了圆柱滚子轴承的弹流润滑性能,并分析了余弦粗糙度幅值、波长和纹理角度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响.数值结果表明:随着粗糙度幅值的增大,油膜厚度和油膜压力在粗糙度波峰波谷处的波动增大;随着粗糙度波长的增大,油膜厚度逐渐减小,油膜压力的波动逐渐减小;横向粗糙度更有利于提高承载能力,降低摩擦系数.因此,在合理的范围内增加粗糙度的幅度和波长,采用交叉纹理,有利于提高圆柱滚子轴承的弹流润滑性能.     

圆柱滚子轴承的极限偏斜角判定方法研究

提出一种判定全膜弹流润滑下圆柱滚子轴承滚子极限偏斜角的方法。以NU206E圆柱滚子轴承为研究对象，建立偏斜状态下的有限长线接触弹流润滑模型，通过拟合偏斜角与最小油膜厚度的关系曲线，结合膜厚比公式，探究全膜弹流润滑下的滚子极限偏斜角。结果表明：当滚子偏斜后，滚子与滚道间的油膜压力和油膜厚度分布不再关于Y=0截面对称，而是一端油膜压力增大、油膜厚度减小，另一端相反，并且压力的变化更为明显，引起了接触压力集中的现象；随滚子偏斜角的增大，最小油膜厚度减小，压力集中于一端的现象越加明显；当滚子偏斜角大于极限偏斜角时，轴承不再处于全膜弹流润滑状态，润滑效果变差。研究成果可为偏斜状态下轴承润滑状态的判断提供参考。     

偏载滚子副等温弹流润滑分析

基于偏载滚子与无限大平面间形成的有限长线接触模型,考虑滚子力矩平衡,利用多重网格法与多重网格积分法对其弹流问题进行数值求解;给出在润滑条件下偏载角、速度、载荷与载荷偏距和力矩之间的关系,比较偏载滚子副在不同的偏载角、速度、载荷等工况条件下油膜压力与厚度分布的差异.结果表明:偏载角越大,滚子承载端润滑特性越差;在偏载角一定的情况下,高速可以在一定程度下改善偏载的影响;载荷越大,载荷偏距越小,但过大的载荷会使油膜厚度减小、压力升高,从而使润滑失效.     

循环冲击载荷作用下滚滑轴承滚子的润滑特性研究

为探究冲击载荷对滚滑轴承润滑性能的影响,设计一种轮子扁疤系统,以模拟轴承受到的循环冲击载荷,利用数值分析法对比研究冲击载荷作用下滚滑轴承的润滑特性及不同工况对滚滑轴承滚子润滑的影响。结果表明:滚滑轴承的滚子润滑受冲击载荷的影响小于滚动轴承;冲击载荷发生前,滚滑轴承滚子油膜有高于油膜中心压力的第二峰值压力,油膜出口区有明显缩颈现象,随冲击载荷的增大,第二峰值压力虽会逐渐减小,但不会消失;冲击载荷频率越大,最小油膜厚度越大,冲击载荷幅值越大,滚子油膜厚度越薄;滚子油膜厚度随润滑油黏度、转速的增加而增加。     

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。     

基于弹流润滑的滚子轴承参数研究

基于弹流润滑理论研究滚子轴承结构参数对其润滑特性的影响。结合弹性接触变形方程以及流体动力学润滑方程,建立适合于滚子轴承的弹流润滑模型,研究在不同椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度等因素作用下滚子轴承的摩擦学性能变化规律。结果表明：椭圆率、载荷、卷吸速度以及黏度会不同程度地影响压力峰值及二次压力峰等参数;随着椭圆率的增大,油膜厚度以及压力显著增大;随着载荷的增大,总体压力、压力峰值、二次压力峰及其尖锐度明显增大,但最小油膜厚度略有下降;黏度与最小油膜厚度以及压力存在着明显正相关关系;卷吸速度与油膜厚度存在着微弱正相关关系,与油膜压力存在着微弱负相关关系。因此,一定程度上增大椭圆率并减小载荷,有利于提高润滑性能。     

涂层材料特性对滚子轴承润滑性能的影响*

涂层材料被广泛应用于滚子轴承中以改善界面性能和提高疲劳寿命,为了探讨涂层材料性能对滚子轴承润滑性能的影响,基于流体力学与接触力学理论,建立带涂层的有限长线接触弹流润滑模型,探讨不同载荷、速度以及涂层材料特性对油膜压力、油膜厚度的影响。研究表明：随着涂层厚度的增加,硬涂层使得最小油膜厚度先增加后减小,而软涂层轻载时使得最小油膜厚度先减小后增加,重载时最小油膜厚度一直减小;随着速度的增加,出口区二次压力峰值增加,硬涂层尤为明显,并且油膜厚度也增加,油膜平坦区域减小,出口区油膜紧缩值增加。为提高润滑性能,当使用较厚软涂层时应考虑增加滚子凸度量,而使用较厚硬涂层时应考虑减小滚子凸度量。     

圆柱滚子轴承中偏歪斜滚子的修形设计

为了减小滚子的边缘效应和偏歪斜效应,采用Eyring非牛顿流变模型,将抛物线修形函数应用于有限长线接触热弹流润滑中,压力求解采用多重网格技术,温度求解采用逐列扫描技术。当圆柱滚子歪斜后,采用特殊的坐标变换技术求解。当圆柱滚子偏斜后,先给定无量纲载荷偏距的初始值E_w,然后求得油膜压力和油膜厚度,计算无量纲力矩M。计算力矩的相对误差Err_M,同时通过高松弛得到载荷偏距的新值。当滚子分别处于理想状态、偏斜状态、歪斜状态和偏歪斜耦合状态时,对滚子母线进行修形都可减小滚子的边缘效应,并能减小滚子的偏斜或歪斜效应;滚子处于4种状态下时,滚子母线修形存在一个最佳量。4种滚子状态对应的最佳修形量分别为9、11、14和16μm。采用给直母线滚子加上一个凸度函数进行修形的方法简单可行,为滚子修形的工程应用提供了新思路。     

考虑滚子表面缺陷的滚动轴承动态微观润滑研究

滚动轴承中,滚子表面材料的剥落或是黏附会引起失效。为研究轴承滚子-套圈间的表面缺陷效应,基于缺陷滚子的有限长线接触问题,建立了动态微观弹流润滑模型,给出了表面凸起和凹坑两种点缺陷,分析了滚子表面缺陷对轴承润滑性能的影响,比较了缺陷滚子与内外圈接触时的润滑特性、时变解与准稳态解的差别,并讨论了缺陷尺寸和形状。结果显示,滚子的表面缺陷进入Hertz接触区,将显著影响润滑特性:凸起缺陷处油膜压力升高、油膜减薄,而凹坑缺陷处油膜压力和厚度均增大;当凸起缺陷位于出油口颈缩位置时,产生最大的油膜压力和最小的油膜厚度,润滑特性较差。与外圈的润滑特性不同,缺陷滚子与与内圈接触时油膜更薄,压力更高。与时变解相比,准稳态数值解油膜压力更低,而油膜更厚,在表面凸起位置尤甚,因此,不能用准稳态数值解代替时变解。研究同时表明:缺陷尺寸和形态对润滑性能影响显著。     

考虑动态特性的角接触球轴承微观热弹流分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,综合考虑几种不同轴承材料的弹流润滑性能,求得套圈采用Si3N4、滚球体采用GCr15的角接触球轴承的热弹流润滑完全数值解。在此基础上,进一步考虑角接触球轴承的几项重要基本参数(密合度、钢球数目等)及接触角随轴向载荷的变化对弹流润滑性能的影响。对轴承在承受纯轴向载荷作用下的热弹流润滑完全数值解进行分析,求得在不同轴向载荷下的压力、膜厚及温度分布图。结果表明:套圈、滚球体材料均选用Si3N4和分别选用Si3N4、GCr15两种情况下,最小油膜厚度更大,同样工况下,后者滚球体表面温度更低;密合度的增大有利于润滑油膜的形成;滚球体数量越多,油膜整体压力越小,油膜厚度越大,滚球体、套圈及油膜温度越低;轴向载荷越大,轴承的实际工作接触角越大;接触角的变化对弹流润滑具有很大影响,在考虑了接触角随轴向载荷的变化后得知,接触角增大,油膜的最小膜厚增大,最大压力减小。     

变载偏斜圆柱滚子轴承打滑动力学分析

考虑径向间隙、滚子凸度等因素,采用切片方法处理偏斜滚子与滚道之间的三维线接触问题,提出径向力和弯矩联合作用下圆柱滚子轴承载荷分析方法;基于Hertz接触和弹流润滑理论,获得了滚子与内外滚道之间的时变摩擦力和摩擦力矩,进而考虑滚子与保持架之间的非连续弹性碰撞,建立变载偏斜圆柱滚子轴承打滑非线性动力学模型。与文献结果、试验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的准确性。数值仿真结果表明:增加径向力、增加弯矩、增加时变径向力幅值均会降低滚子的最大打滑速度;时变径向力会改变打滑速度的波动周期。     

高速铁路轴箱轴承接触润滑机理

基于高速铁路客车轴箱系统多界面接触力学分析模型,在轴箱轴承工况条件下,分析轴箱轴承滚动体与内、外圈间的接触载荷分布情况;建立高速铁路客车轴箱双列圆锥滚子轴承脂润滑弹流模型,并采用有限差分法数值解法。数值计算结果与最小膜厚公式获得的最小膜厚度进行比较,而最大润滑压力与相应的赫兹应力进行了比较。结果表明,在给定运行工况条件下,随着运行速度的增大,轴承滚道润滑接触形成的油膜压力减小,油膜增大;而当轴承载荷增大时,其油膜厚度减小,润滑压力增大。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

基于弹流理论的风电主轴承润滑状态分析

基于Hertz接触理论,对联合载荷作用下滚子-滚道进行接触分析,同时基于弹流润滑理论,建立风电主轴承润滑状态理论分析模型;以某型兆瓦级风电主轴承为例,采用该模型研究其极限工况下滚子-滚道接触载荷和接触应力分布、最大受载滚子沿素线方向的接触应力和接触载荷分布以及滚子-滚道接触处平均速度,并分析其在极限载荷工况下的润滑状态。结果表明:由于滚子端部应力集中,油膜沿素线呈现两端薄、中部厚特征;滚子-滚道沿素线油膜厚度与接触表面粗糙度处于同一数量级,接触表面质量对润滑状态有重要影响;改善轴承的润滑状态可从轴承结构、润滑参数及加工质量等方面入手。     

工况对盾构机主驱动轴承润滑特性的影响

以某隧道工程实际工况条件为例,建立盾构机主驱动轴承载荷分布计算模型和等温线接触弹流润滑模型,通过数值分析得到极限工况和占比99.9%的工况条件下盾构机主驱动轴承的油膜厚度及油膜压力分布;依据实际工况条件分析不同工况对轴承油膜厚度、油膜压力的影响规律,以及滚子所处位置不同时滚子负载与油膜压力和膜厚之间的变化关系。结果表明：不同工况下主轴承油膜厚度、油膜压力分布规律相似,均出现二次峰值;同一工况下,随着滚子于主轴承所处位置不同,油膜压力及膜厚最值随滚子负载的增大而减小;同一位置处二者最值随主轴承受力的增大而减小。     

对数修形圆锥滚子的弹流润滑分析

考虑接触体表面的弹性变形效应与润滑剂的压粘效应,建立圆锥滚子轴承的弹性流体动力润滑模型;并进行了完全数值解分析,得到了流体动压力分布、油膜形状与表面层内Mises应力分布。分析了对数修形圆锥滚子的弹流润滑特性。结果表明,直母线的圆锥滚子的弹流压力分布在滚子两端存在压力峰,并在滚子表层有应力集中现象;而对数母线的滚子在两端区域没有很高的压力峰和应力集中。滚子大端的流体动压力较高,而滚子的小端压力较低;在滚子的两端区域存在较小的油膜厚度,而且滚子小端的油膜厚度更薄;对数修形的圆锥滚子的最小油膜厚度增大,而中心油膜厚度减小;总体上对数修形滚子的弹流润滑状态得到改善。     

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。     

基于弹流润滑的圆锥滚子球基面曲率半径优化设计

根据圆锥滚子轴承的运动学原理,建立圆锥滚子球基面-内圈大挡边的运动学模型,得到圆锥滚子的自转速度、公转速度和圆锥滚子球基面-内圈大挡边接触区域的卷吸速度分布;建立圆锥滚子球基面-内圈大挡边弹流润滑的数学模型,计算分析在不同载荷和卷吸速度作用下,圆锥滚子球基面曲率半径对油膜厚度和摩擦因数的影响规律,并得到载荷与速度对圆锥滚子球基面最优化曲率半径的影响规律,即当其他工况条件不变时,圆锥滚子球基面所承受的载荷越大,其最优化的曲率半径就越大;速度越高,最优化的曲率半径则越小。     

单个微坑对圆锥滚子热弹流润滑的影响

利用多重网格法和多重网格积分法研究了表面单个微坑对圆锥滚子热弹流润滑的影响,比较了光滑表面及单个微坑表面的热弹流润滑结果,分别讨论了单坑的坑深和坑径、速度及载荷变化对膜厚及压力的影响。结果表明,油膜厚度和油膜压力在单坑接触区增大,温度基本保持不变;坑深越大,凹坑弧度越小时,油膜厚度和油膜压力变化趋势越大。