表面形貌的微观弹流效应研究

本文在完全数值求解点接触粗糙表面弹流润滑的基础上对表面形貌的微观弹流效应和宏观弹流润滑统计结果进行分析研究,得出表面粗糙度远小于油膜厚度（膜厚比λ〉〉３）时表面形貌就已经对油膜压力存在影响。本文还就表面形貌的粗糙程度和纹理方向弹流润滑的压力和膜厚影响进行了研究,研究结果表明：表面形貌的不同将导致油膜压力的很大波动和不同,深入研究微观弹流效应有助于进一步研究润滑表面接触应力、磨损乃至零件失效的机理。     

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.     

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。     

连续波状粗糙度对直齿轮热弹流润滑的影响

工程实践中没有理想光滑的表面,在齿轮弹流润滑中,油膜的厚度通常与某些切削工艺形成的金属表面粗糙度处于同一数量级,所以表面粗糙度对齿轮弹流润滑的影响是不应该忽略的。在考虑不同啮合点处的曲率半径、卷吸速度、轮齿载荷随时间变化的基础上,考虑轮齿表面连续波状粗糙度对弹流润滑的影响,利用多重网格技术求得齿轮瞬态微观热弹流润滑的完全数值解。结果表明,连续波状粗糙度会造成齿轮瞬态弹流润滑的油膜压力和温升产生振荡,并使最小膜厚变薄,最高压力变大,最大温升增大。轮齿间振荡的高压和高温会造成齿轮振动疲劳破坏,所以连续的波状粗糙度对齿轮的润滑是不利的。     

微观表面形貌对角接触球轴承热弹流润滑的影响

建立角接触球轴承的热弹流润滑数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对润滑条件下的角接触球轴承在考虑表面粗糙度时的弹流润滑问题进行数值模拟。在缺乏实测数据的情况下,采用了涉及轴承滚道和滚球体面上的余弦粗糙波数学模型,分析考虑热效应的角接触球轴承的表面粗糙度对压力和膜厚的影响。结果表明:考虑x和y方向的粗糙度函数可以更好地模拟轴承滚道及滚球体表面的形貌特征,由此计算出的压力和油膜分布更贴近工程实际;考虑两方向的粗糙度后,压力和油膜分布与单方向粗糙度有所不同,增大粗糙度波长和减少波幅有利于减小压力,增大膜厚,改善润滑。     

表面粗糙度对三叉杆滑球式万向联轴器弹流润滑特性的影响*

为了研究表面粗糙度对三叉杆滑球式万向联轴器滑球与滑道之间弹流润滑特性的影响,基于线接触等温弹流润滑数值计算模型,建立考虑表面粗糙度的线接触等温弹流润滑数值计算模型。采用随机表面粗糙度来代替实际的粗糙表面,计算中采用Newton-Raphson方法对方程进行数值求解,改变表面粗糙度的幅度和间距来研究它们对膜厚和〖JP2〗压力的影响。结果表明：改变表面粗糙度幅度后,膜厚曲线和压力曲线在中心区域产生波动,随着表面粗糙度的增大,两者波动程度逐渐剧烈,产生的压力波动区域的局部压力较大;表面粗糙度间距缩小一倍后,膜厚曲线和压力曲线在波动区域所产生的波动程度更密,随着表面粗糙度的增大,两者波动程度逐渐剧烈,膜厚和压力最大值略微增大。     

海水润滑塑料轴承的微观热弹流润滑分析

考虑轴承表面海水润滑膜温度场和轴承表面横向粗糙度等因素,对塑料轴承的弹流润滑问题进行了研究。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,得到塑料轴承微观热弹流润滑问题的完全数值解,讨论了连续波状粗糙度、载荷、轴承转速对海水润滑膜压力及膜厚的影响。数值计算结果表明：轴承表面粗糙度对润滑膜压力和膜厚分布都有一定影响,连续波状粗糙度使润滑膜压力和膜厚分布产生振荡;转速和载荷对压力分布影响较小,随转速的增大、载荷的减小,膜厚都有明显的增大。     

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。     

螺旋锥齿轮齿面粗糙度对其乏油润滑寿命的影响

为揭示螺旋锥齿轮真实齿面粗糙度与失油啮合条件下乏油寿命间的关系,根据微分几何与啮合原理,计算啮合点的弹流润滑参数;建立考虑齿面粗糙度影响的弹流膜厚方程,借助有限元方法求解Reynolds方程得到啮合过程中各啮合点的法向正压力和弹流润滑中心油膜厚度;通过修正螺旋锥齿轮光滑齿面的乏油寿命预测公式,计算不同粗糙度表面参数下的螺旋锥齿轮乏油寿命,分析粗糙度表面参数对其寿命的影响规律。结果表明,结果表明,失油条件下齿面啮合乏油润滑寿命较短,在合适的范围内,增大齿面粗糙度能提高乏油寿命,且相对光滑齿面,粗糙接触齿面油膜分布较均匀。     

考虑粗糙度的船舶水润滑高分子轴承弹流润滑性能研究

为了揭示表面粗糙度对船舶水润滑高分子材料轴承润滑性能的影响规律,开展水润滑轴承弹流混合润滑理论研究;建立考虑内衬材料粗糙度和弹性变形的水润滑轴承混合润滑模型,并对模型进行仿真验证;分析内衬粗糙峰对水膜厚度、水膜压力分布和承载能力的影响规律。研究结果表明：在转速增大的过程中,内衬粗糙度的增大会减缓水膜厚度的增幅比,使轴承需要更高的转速来进入流体动压润滑状态;减小轴承内衬粗糙度能有效降低轴承起飞转速,加快轴承由混合润滑转变为流体动压润滑的过程,减小轴承与轴颈的局部接触,降低轴承异常振动噪声发生的可能性。研究结果揭示了内衬粗糙度变化对轴承润滑特性的影响机制,为水润滑轴承的优化设计提供理论参考。     

水基磁流体轴承的微观弹流润滑分析

采用多重网格法和多重网格积分法对水基磁流体润滑轴承进行弹流润滑分析,在雷诺方程中考虑了热、非牛顿、磁场和时变的影响,探讨了粗糙度因素对弹流润滑性能的影响。分析中对比了轴-轴承双面和轴承单面带有正弦粗糙度时的润滑膜膜厚和压力的分布,并研究了双面都带有粗糙度相位不同时润滑膜压力和膜厚的分布。数值分析结果表明,两个表面都存在相同的粗糙度时,在波峰相对处的膜厚更小,压力更大,在波谷相对处的膜厚更大,压力更小;随着一个表面的粗糙峰远离另一个表面的粗糙峰时,膜厚和压力波动减小,润滑膜的最小膜厚逐渐增大,最大压力逐渐减小,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙谷相对时,膜厚和压力不在波动,最小膜厚达到最大,最大压力达到最小。然后当这个表面粗糙峰再继续接近下一个表面粗糙峰时,膜厚和压力的波动增大,润滑膜的最小膜厚又开始减小,最大压力又增大,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙峰相对时,膜厚和压力波动最大,最小膜厚达到最小,最大压力达到最大。     

表面粗糙度对点接触弹流润滑性能的影响

本文应用多重网格法对椭圆接触的部分膜弹流问题进行了完全数值求解，计算中采用了Ｐａｔｉｒ－ｃｈｅｎｇ的平均流量模型及Ｇｅｅｎｗｏｏｄ和Ｔｒｉｐｐ的表面微峰弹性接触模型。在大量数值计算结果的基础上分析了表面粗糙度大小及纹理方向对点弹流的油膜厚度及微峰接触载荷的影响。     

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.     

探析粗糙齿面纹理方向对齿轮弹流润滑的影响

首先采用粗糙度轮廓测量分析仪测得了试件表面粗糙度,接着用傅立叶变换非线性逼近法建立了齿面粗糙度函数,然后将此函数叠加到油膜厚度方程中建立了齿轮传动混合弹流润滑模型。基于此模型,在齿轮传动参数固定不变的条件下,通过改变横、纵纹理方向的粗糙度值共进行了46组混合弹流润滑数值计算。结果表明,随着油膜比厚K的增大,纵向条纹下粗糙齿面平均膜厚与光滑齿面平均膜厚比值hav/has逐渐增大最后趋近于1,而横向条纹与之相反逐渐减小最后也趋近与1。最后,借助回归分析理论,建立了hav/has与油膜比厚K之间的定量关系。     

海水润滑塑料轴承的时变微观热弹流润滑分析

考虑了时变效应、轴承表面海水润滑膜温度场和两固体表面横向粗糙度等因素,对塑料轴承的弹流润滑问题进行研究.利用压力求解的顺解法及温度求解的逐列扫描技术,得到塑料轴承时变微观热弹流润滑问题的完全数值解.讨论了粗糙度函数幅值和波长及载荷、转速对于海水润滑膜压力及膜厚的影响.数值计算结果表明,粗糙度的几何参数对润滑性能有着不同程度的影响;随载荷的增大,压力增大,膜厚减小;转速对压力影响较小,随转速的增大,膜厚增大.     

影响弹流润滑偏离经典弹流润滑理论的三种因素

详述了在高速、重载和大滑滚比下，影响弹流润滑偏离经典弹流润滑理论的三个因素，即温度效应，润滑剂的非牛顿效应和表面粗糙度效应，并指出了今后的发展方向。     

滚道表面粗糙度对高速圆柱滚子轴承弹流的影响

建立了基于表面粗糙度的高速圆柱滚子轴承热弹流分析模型，分析了轴承滚道表面粗糙度幅值大小及其方向对轴承弹流的影响，结果表明：轴承滚道表面粗糙度、表面粗糙纹理方向、粗糙度幅值及其粗糙度波长对高速圆柱滚子轴承的弹流特性具有显著的影响；选择合理的轴承滚道表面粗糙度幅值、波长及纹理方向，可以有效改善高速圆柱滚子轴承的弹流特性。     

表面研磨对点接触弹流润滑的影响

利用计算机模拟获得磨削加工表面及其研磨后表面,完全数值求解磨削表面及研磨表面点接触弹流润滑,就研磨对润滑的影响进行分析与研究。结果得出,表面形貌的微观弹流效应导致局部油膜压力增大,研磨能有效减缓油膜压力波动,改善表面润滑性能。     

N次谐波凸轮-挺柱副的润滑特性分析

将线接触弹流润滑理论应用于发动机配气机构，计算了某N次谐波凸轮-挺柱副润滑的稳态最小膜厚、膜厚比等参数，分析了凸轮．挺柱副稳态润滑在设计转速下随凸轮转角的变化特征，比较和讨论了发动机转速变化对润滑性能的影响。结果表明，凸轮桃尖区多为部分弹流润滑状态和边界润滑，工作段其它部分多为部分弹流、完全弹流和动力润滑状态。曲轴转速提高一般情况下对增加稳态最小膜厚有利，但由此导致的载荷波动量增加对最小膜厚的稳定性不利，从而使表面摩擦和磨损的可能性增加。     

齿轮动力学与弹性流体动力润滑耦合研究

为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应,综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论,建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型,将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用于弹流润滑分析中。通过实例研究了动、静两种载荷模型下齿轮的弹流润滑特性。研究表明,与平稳载荷相比,基于动载荷模型的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性,在啮合刚度的激励下,润滑时油膜压力和油膜厚度均表现出一定的振荡效应。啮入点、单齿啮入点以及单齿啮出点存在较大的冲击,是齿轮弹流润滑的危险点。