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。     

表面速度效应对弹流润滑影响的实验研究

实验研究全膜条件下不同接触固体表面速度效应对弹流润滑的影响。实验在改进的经典的球-盘接触实验装置上进行,通过圆弧导轨改变玻璃盘和钢球转动方向夹角,利用可编程逻辑控制器(PLC)和伺服放大器控制电机的速率和转向。使用光干涉技术观测轻载下钢球和玻璃盘表面速度方向不在同一方向时接触区油膜的形状,通过MBI软件测量油膜中截面曲线。结果表明,随着两接触表面速度方向夹角增加,油膜厚度减小,当角度达到一定数值最小膜厚会有上升;随着两接触表面速度方向夹角的增大,沿着滑动速度方向上油膜形状的不对称性增加,该现象可用温度-黏度楔的机制解释。     

弹流滚子偏载工况下次表面应力研究

随着滚动轴承向着高速化和重载化的方向发展,在轴承设计需要考虑"偏载效应"和轴承润滑的影响。以圆弧修型滚子为研究对象,建立偏载工况下的有限长线接触等温弹流润滑模型,研究滚子倾斜角度和卷吸速度对滚子次表面应力的影响。计算结果表明,当滚子发生倾斜后,滚子轴向的压力分布不均,受载端的油膜压力和von Mises应力明显增大,并随着倾斜角变大而增大;当滚子载荷不变,卷吸速度增大时,油膜出口区的二次压力峰逐渐增加,导致次表面最大von Mises应力增大,最大von Mises应力的位置向滚子表层移动。研究结果表明,滚子倾斜及卷吸速度对滚子的次表面应力有较大的影响。     

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.     

点接触弹流润滑条件下表面弹性变形研究

为研究弹流润滑条件下点接触表面变形及其对表面性能的影响,采用激光微织构法制备了一组不同形貌参数的滚动轴承滚道表面试件,基于表面频谱分析和弹流润滑快速算法（幅值缩减法）分析了试件在不同工况参数下的弹性变形。使用ISO 25178三维形貌参数体系对变形前后表面进行表征,研究了点接触弹流润滑状态下表面形貌的弹性变形与载荷、转速的关系。研究结果表明,弹流接触使表面形貌发生显著的弹性变形,载荷、转速等工况参数对变形量影响较大,表面弹性变形使得形貌参数发生显著变化。     

滚子摩擦副弹流的闭合效应

以基于Ｊａｃｏｂｉ松弛迭代过程的改进的顺解法研究滚子摩擦副的弹流特性,揭示了摩擦副端部的闭合效应,它使最小油膜厚度出现在端部出口区,并形成油膜压力峰,端部的润滑特性对摩擦副的几何特性十分敏感,给出的工程对数设计展示了良好的弹流润滑特性。     

平均型条纹粗糙表面的弹流润滑

基于Ｈ．Ｓ．Ｃｈｅｎｇ的平均流量模型理论,本文写出了任意条纹方向粗糙表面平均雷诺方程,对其用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法进行了数值分析,着重讨论了表面粗糙度及其纹路方向对润滑的影响,并计入了微凸体的接触效应,分析结果表明,表面粗糙度及其纹中方向对部分膜弹流润滑甚至会膜弹流润滑的影响都是不可忽略的。     

随机型条纹粗糙表面的弹流润滑

本文在不同的工况及形貌参数下，用Ｎｅｗ－ｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ完全数值解法，对任意条纹方向两维粗糙度的随机雷诺方程进行了数值求解，讨论了表面粗糙度及其纹路方向对机械零件润滑状态的影响。     

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。     

表面改性对滑动轴承弹流润滑的影响

考虑滑移边界条件,建立了极限剪应力模型和线接触弹流润滑模型,推导了润滑剂界面滑移速度,并修正了流体润滑Reynolds方程,针对界面改性后滑动轴承的润滑状态进行了探究。首先,分析了对轴瓦和轴颈界面均进行改性处理后,轴承润滑状态在整个弹流润滑接触区的变化;其次,分别研究了仅对轴瓦或者轴颈做改性处理的影响;最后,探究了界面改性对轴承摩擦因数的影响,并讨论了摩擦因数随载荷、速度的变化。结果表明,在弹流润滑的条件下,同时对轴瓦和轴颈进行表面改性处理时,油膜会在入口区形成凹陷,在出口区形成坍塌;仅对轴颈界面进行改性处理时,油膜会在整个接触区形成凹陷,对应的压力也会随之增加;相反,仅对轴瓦界面进行改性处理时,油膜厚度减小,压力降低;表面改性处理后,摩擦因数降低,并随载荷、速度的增大而减小。     

弹流润滑条件下织构表面亚表层特性研究

为研究在弹流润滑状态下表面形貌对亚表层特性的影响,利用激光加工方法获得2种微凹坑型织构表面形貌,通过将实测的表面形貌坐标输入弹流润滑数值计算程序得到油膜压力和膜厚分布;以对应工况的油膜压力作为表面法向压应力,利用Rabinowicz经验公式算出剪切应力;将表面法向压应力和切向剪应力叠加后对弹流润滑界面亚表层特性进行仿真研究。结果表明：表面织构使亚表层应力分布发生显著改变;微凹坑直径、卷吸速度对亚表层应力的大小与分布有不同的影响;亚表层变形在摩擦过程中呈现随深度增加先缓慢减小后快速下降的规律,研究结果将为通过表面形貌设计改善轴承等零件受力状况提供理论支持。     

粗糙表面弹流润滑的摩擦系数的分析计算

本文在弹性流体动力润滑情况下对摩擦系数的计算方法进行了分析,考虑了流体的非牛顿流变特性和微凸体接触压力的影响。以平均型条纹粗糙表面为计算模型,在各种工况下对摩擦系数进行了计算对比。     

点接触弹流问题中的表面弹性变形计算

本文提出了在弹流数值解中常用的固体耒面弹性变形计算的一种数值方法。这种方法适于处理无摩擦接触的各类工程问题。在全求解域上,用分段二次多项式逼近压力函数,将每一个节点上的弹性变形表示为节点压力的线性组合,其中所有的系数组成了弹性变形矩阵。这样,使弹性变形计算简化,计算工作量大大减小。同时这种计算方法的精度比以往的同类型计算都有所提高。     

等温粗糙表面的纯挤压弹流问题分析

假设玻璃盘表面分布有余弦波状的粗糙度,采用多重网格法和多重网格积分法对自由落体钢球冲击玻璃盘表面的等温纯挤压弹流问题进行数值分析,分析余弦波波长和钢球质量对润滑油摩擦性能的影响.研究发现,表面余弦波会造成压力和膜厚的剧烈波动,使中心压力升高,中心膜厚和最小膜厚降低;钢球质量越大,冲击最小膜厚越小,而表面余弦波的存在又可进一步降低最小膜厚.-反弹时间越长     

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。     

表面粗糙度对混合弹流润滑特性的影响

众所周知，各种机加工和研磨工序后不可能得到理想的平滑表面。在大多数工业应用中，工作面的均方值(RMS)粗糙度一般在0．025-1．5μm之间。但是，传统的接触和润滑理论，如集中于接触的赫兹理论及润滑接触的弹流润滑(CHL)理论，都假定在平滑表面前提下。当运用这些理论时，表面粗糙度的影响确实被忽略了。     

粗糙表面塑性变形对弹流润滑性能的影响

利用弹塑性动压润滑理论来分析线接触条件下粗糙表面的塑性变形对润滑性能的影响。首先计算总变形量,然后根据弹塑性理论对总变形量进行修正获得弹塑性变形量。计算中采用直接迭代法对雷诺方程进行数值求解,用多重网格法得到弹塑性变形量。为定量分析塑性变形的影响,采用余弦粗糙度来代替实际的粗糙表面,通过改变余弦粗糙度的峰高、波长和相位来表征粗糙度的变化,以此来分析粗糙度对弹塑性流体润滑的影响。计算结果表明:考虑塑性因素后,在接触的高压区膜厚变小,油膜分布曲线变得平坦,同时接触区域的油膜压力也明显变小;此外塑性变形因素的存在使得接触区的压力和油膜分布宽度增加,第二压力峰和最小膜厚点后移。     

蜗杆传动的弹流润滑研究

平面二次包络环面蜗杆传动属非均匀线接触问题,若采用完全数值解方法求解油膜厚度,则非常困难。本文将采用前人已总结出的膜厚公式,再进行一些必要的数学处理,来近似求解蜗轮副的油膜厚度,并找出其在啮合过程中的变化规律。     

基于高斯粗糙表面的角接触球轴承微弹流润滑研究

基于二维数字滤波法模拟高斯粗糙表面,建立考虑高斯粗糙表面形貌及热效应的角接触球轴承微弹流润滑模型,采用多重网格积分法求解弹性变形,采用Gauss-Seidel及Jacobi迭代法迭代求解压力,采用逐步扫描法求解油膜能量方程,采用渐进网格加密法求解强耦合非线性微弹流润滑方程组。结果表明:当x、y方向自相关长度相同时,随着粗糙表面均方根值的增加,油膜压力及温度明显增加,膜厚显著减小;反之,油膜压力及膜厚在自相关长度较小的方向出现明显的纹理特性,且当纹理特性与润滑油流动方向相同时,油膜温度显著减小。