海水润滑UHMWPE轴承不同加减速形式润滑分析

为探究不同加减速形式对UHMWPE轴承加减速过程的弹流润滑机制的影响,建立海水润滑UHMWPE轴承的弹流润滑模型,基于考虑时变效应的Reynolds方程,数值模拟不同加减速工况下UHMWPE轴承的润滑情况。结果表明:加速阶段,采用余弦加速度形式最有利于润滑,膜厚在加速初期受挤压效应的影响而减小最少,使得膜厚不至于过小甚至破裂,在同一时刻内,压力最小、膜厚最大、摩擦因数最小,进入稳态时过渡最为平滑,对轴和轴承的冲击最小;减速阶段,采用正弦加速度形式进行制动最有利于润滑,在同一时刻内,压力和摩擦因数均为最小值,而膜厚则为最大值,为轴承的制动阶段提供更优的缓冲。由于速度变化过程极短,因此不可忽略时变带来的挤压效应,通过对比启停阶段不同时刻的膜厚发现,挤压效应使得压力和膜厚以及摩擦因数在变速结束后仍有相当时长的变化衰减过程;相比于启动阶段,制动阶段的时变效应体现得更为明显。加速度越大,动态效应越明显,压力在加速过程出现第二次起伏以及制动过程出现第一次起伏的时间越早。     

谐波齿轮传动轮齿润滑研究

本文通过研究谐波齿轮传动柔轮和刚轮在啮合过程中的啮合状态、齿面速度和齿间载荷分布规律,分析计算了轮齿间油膜厚度和润滑状态。结果表明,对于动力传递用谐波齿轮传动减速器,其齿轮能形成正确渐开线啮合的范围很小,在啮合过程的大部分时间内是处于尖点啮合状态。在正确啮合区内有可能形成弹流油膜,但膜厚比一般小于3;在尖点啮合区内则几乎不存在流体润滑或弹流润滑效应。因此,谐波齿轮传动中轮齿的润滑状态主要为边界润滑或混合润滑。台架试验如铁谱分析结果也表明,轮齿润滑确实为边界润滑或混合润滑。     

有限长线接触斜齿轮副瞬态弹流润滑研究

采用统一Reynolds方程建立斜齿轮有限长线接触瞬态弹流润滑模型,研究瞬态效应与表面粗糙度对润滑特性的影响。结果表明:考虑瞬态效应的斜齿轮副润滑参数在单齿啮合区域剧烈变化,其接触区域膜厚较低且摩擦因数较大,容易处于混合润滑状态;在单齿啮合区域,瞬态解有效承载区变窄且二次压力峰明显增大。当前算例表明全膜弹流润滑状态下,粗糙度对斜齿轮副的瞬态弹流润滑特性影响较少,仅在双齿啮合区域考虑粗糙度的平均膜厚较大,且对应接触压力与膜厚围绕光滑解波动。     

指数率水基磁流体滑动轴承单峰时变热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场、时变和指数率非牛顿效应的雷诺方程,对水基磁流体滑动轴承进行微观弹流润滑分析。对比稳态解与时变解,并探讨速度、载荷对水基磁流体润滑膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:考虑时变效应时水基磁流体的润滑膜的膜厚、压力和温度发生了明显变化,故在实际中不能用稳态解代替时变解;单个粗糙峰的存在,引起了水基磁流体润滑膜的局部最高压力峰和温度峰,由于局部压力峰的存在,使单个粗糙峰被迫压平,膜厚减小;随着速度的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰减小,膜厚增大,温度增大;随着载荷的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰增大,膜厚减小,温度增大。     

砂轮振动对磨削区时变润滑效应的影响

为研究砂轮振动对磨削区压力、膜厚及温度的影响,建立考虑时变效应的砂轮振动磨削的润滑模型,分析陶瓷结合剂CBN砂轮磨削45~#钢的过程中的最大压力、最小膜厚和最大温度随振动的幅值、频率及砂轮速度的变化情况。结果表明:考虑砂轮振动的时变效应时,不同瞬时下的压力及膜厚变化较大;随砂轮振幅和频率的增大,当砂轮振动到最低点时最大压力及最大温度增大,最小膜厚减小,而振动到最高点时则相反;时变效应使最大压力、最小膜厚与最大温度出现了滞后现象;当砂轮速度增大时,最大压力减小、最小膜厚增大,这有利于润滑且能减少磨粒磨损,但是最大温度增大容易产生磨削烧伤和热变形,影响工件磨削后的表面质量,所以应据此选择合适的砂轮速度。     

固体颗粒对摆动直齿轮弹流润滑的影响研究

建立了考虑固体颗粒的摆动直齿轮的弹流模型,考虑了时变效应,研究了以正弦规律摆动的工况下固体颗粒对摆动直齿轮的弹流润滑影响,分析了单个固体颗粒、固体颗粒分布密度和颗粒速度对压力和膜厚的影响。结果表明,摆动工况下的压力和膜厚类似双驼峰形状分布,考虑固体颗粒后的中心压力和最大压力变化较小,中心膜厚和最小膜厚则明显减小;颗粒分布密度越大,中心压力和最大压力均明显增大,中心膜厚和最小膜厚则明显减小;颗粒速度对最小膜厚影响较大,颗粒速度越大,最小膜厚显著减小。     

渐开线直齿轮时变热弹流润滑模拟

齿轮的非稳态弹流润滑问题，由于啮合过程中滑滚比、曲率半径、卷吸速度和载荷变化范围较大，因此数值计算稳定性很差。而考虑热效应的齿轮非稳态弹流润滑问题，数值计算就更困难。文中应用多重网格技术，考虑时变和温度场的影响，求得齿轮非稳态热弹流润滑问题的完全数值解，结果更接近实际。数值解得到轮齿的摩擦因数、油膜最高温升沿啮合线的变化规律以及两轮齿接触点中心压力、中心膜厚、最小膜厚沿啮合线的变化规律，同时获得任意瞬时轮齿接触点的压力、膜厚和轮齿间油膜温度分布，对分析齿轮传动问题具有重要意义。     

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。     

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。     

点接触混合润滑的数值求解方法

基于半系统法的统一Reynolds方程,对点接触混合润滑进行数值模拟。在流体润滑区,采用Reynolds方程求解流体压力,在固体接触区采用简化Reynolds方程求解压力。弹性变形使用离散卷积-快速傅里叶变换(DC-FFT)计算。为了加快迭代收敛速度,在数值求解过程中使用渐进网格加密(Progressive Mesh Densification,PMD)算法。数值模拟结果表明,该模型可以快速地求解光滑和粗糙表面条件下的各种润滑情况,包括全膜、混合和边界润滑;随着卷吸速度的增加,润滑状态从边界到混合再到全膜润滑是个光滑过渡的过程。     

Global and local analysis of gear scuffing tests using a mixed film lubrication model

Gear tests were performed in a FZG test rig in order to evaluate the influence of the operating conditions (torque, speed and oil bath temperature), gear geometry and base oil viscosity on gear scuffing.A mixed film lubrication model was used to evaluate the normal pressures and shear stresses in several points along the gear meshing line, for each load stage and for all the gear scuffing tests performed.The gear scuffing results were analyzed using two different approaches: one considering global gear parameters defined at the meshing line scale and another based on local parameters at the roughness asperity scale, determined using the mixed film lubrication model.The analysis at the roughness asperity level was used to complete the scuffing study performed with global gear contact parameters, explaining the occurrence of scuffing during ‘running-in’, justifying the zones in teeth flanks where the first scuffing marks appear and supplying indicators for low scuffing resistance at high oil bath temperatures.     

基于时变模型的齿轮啮合过程润滑状态研究

基于Dowson提出的最小油膜厚度方程,利用Matlab/Simulink仿真平台,建立齿轮啮合过程润滑状态的实时仿真系统。分析了齿轮啮合过程最小油膜厚度的时域变化情况,研究了齿轮润滑状态随转速、输入扭矩的变化关系,计算结果表明:随着啮合点向主动齿轮齿顶移动,其最小油膜厚度逐渐增大;齿轮点蚀经常发生在节圆附近。对节圆处的润滑状态进行了研究,发现随着输入转速的增加,轮齿节圆处的最小油膜厚度逐渐增加;随着输入扭矩的增加,轮齿节圆处的最小油膜厚度减小。     

Application of Transient Elastohydrodynamic Lubrication Analysis for Gear Transmissions

Transient elastohydrodynamic lubrication theory which deals with the lubrication of gear transmission is presented. A numerical procedure was developed to solve the governing equations for the transient EHL with variable load, curvature, and rolling velocity along the line of action. The compressibility of the fluid is taken into consideration. Results are presented for the pressure distribution and the film thickness successively along the line of action as a function of time. A parametric study was conducted to investigate the effects of geometry factors on the lubrication behavior of a gear transmission. Parameters of interest are gear ratio, central distance, gear tooth module, and profile shift of gear tooth. The results of extensive simulations for gear tooth lubrication show that the equivalent curvature radius of gear teeth plays an important role on the EHL film formation.     

基于真实粗糙齿面的齿轮传动接触应力分析

现行齿轮传动接触疲劳强度的设计基础是仅适用于一对光滑表面之间干接触的赫兹理论,这显然与齿轮传动实际状况有一定差异。为获得齿轮传动实际状况的齿面压力分布、油膜厚度及轮齿接触区次表面的应力分布,基于实测所得的表面粗糙度数据,采用有限元法对重载齿轮传动进行混合弹流润滑数值分析。结果表明:粗糙齿面接触时的齿面压力分布及轮齿接触区次表面应力分布均明显相异于赫兹分布或基于光滑齿面全膜弹流润滑计算所得的相应分布;齿面粗糙峰谷的存在会使齿面接触应力比赫兹接触应力增大25%左右,且齿面平均油膜厚度的最小值及接触应力的最大值均发生在啮入点而非节点。因此,现行的以赫兹应力为基础、以节点参数为依据进行齿轮传动接触强度设计的做法有失科学性和安全性。     

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。     

谐波齿轮传动齿面润滑状态分析及减少齿面磨损的措施

将谐波齿轮传动的润滑计算方法应用到谐波齿轮齿面润滑状态中,给出不同运动粘度下的最小油膜厚度及膜厚比曲线,提出改善润滑减少齿面磨损的措施。     

非对称梯度功能材料聚合物齿轮的瞬态弹流润滑分析

梯度功能材料是一种应用广泛的新型复合材料,其制成的齿轮有着独特的性能。为研究梯度功能材料对齿轮的润滑性能的影响,用多重网格法对非对称聚合物齿轮进行瞬态弹流润滑分析,比较均质复合材料齿轮与梯度功能材料齿轮的润滑性能,分析梯度功能材料齿轮分别作为主动轮与从动轮时的齿轮润滑规律,研究梯度功能材料的热性能对齿轮润滑的影响。结果表明:梯度功能材料能够减小齿轮润滑压力,增大润滑膜厚,从而有效改善齿轮润滑;梯度功能材料齿轮作为从动轮时对齿轮润滑较为有利。热弹流润滑分析表明,梯度功能材料齿轮作为从动轮时齿轮啮入的润滑温度较低,其作为主动轮则相对有利于其后的热弹流润滑。     

齿轮压力角对润滑油膜厚度的影响

运用弹流润滑理论,分析了轮齿压力角对润滑油膜厚度的影响。结果表明,轮齿压力角的增大,节点最小油膜厚度、接触区内的平均油膜厚度和中心油膜厚度显著增大,对改善齿面润滑极为有利,为非标准重载齿轮的设计提供了理论依据。     

冷却塔风机齿轮失效的弹性流体润滑分析

针对大型冷却塔风机的减速器齿轮失效情况,在校核了圆柱和圆锥齿轮的设计强度的基础上,应用弹性流体润滑的理论,根据可压缩流Reynolds方程所建立的膜厚公式,计算出齿面润滑油膜厚度,并据此研究了工作中的齿轮润滑状况和齿面损伤机理,确定齿轮过早失效的主要原因不是由于齿轮的设计强度不足,而主要是无法在齿面间形成有效油膜,齿轮工作中两齿面有直接接触现象造成,分析出失效的原因是齿轮的润滑不良。并提出相应的解决办法和改进建议,可作为齿轮传动设计和故障分析的参考依据。     

润滑状态及其转化过程的测试方法

通过对多种润滑状态测试方法的比较研究，提出了用R－C阻容振荡法来监测滚动轴承的润滑状态。将电容法与电阻法的优点结合起来，且阻容振荡法能实现对全膜润滑，混合润滑与边界润滑状态及其转化过程的监测，并通过实验对滚动轴承的润滑状态及其转化进行了测试研究。