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。     

具有微织构形貌的结合面法向接触刚度分形模型的研究

研究微织构结合面上的表面形貌参数对结合面法向接触刚度的影响。根据微织构表面的形貌特征,将微织构表面分为织构前表面和织构区域两部分,由分形接触理论计算出织构前表面上微凸体的基本参数,忽略织构区域底部未接触部分,将微凸体在接触载荷作用下的变形分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段。由接触力学理论,首先建立织构前表面上单个微凸体的法向接触刚度模型。然后由微观到宏观,结合微织构表面的织构形貌特征,构造整个宏观微织构结合面的法向接触刚度计算模型,研究不同的表面形貌参数对于微织构界面上法向接触载荷、微凸体因载荷产生的变形以及法向接触刚度的影响。经过仿真分析之后,结果表明,当微织构结合面的法向接触载荷不断增大时,结合面的法向接触刚度总体呈单调上升趋势;并且随着织构密度的增加,结合面上由于织构形貌的存在,使得一部分微凸体未产生变形,从而减小结合面的法向接触刚度,并且当法向载荷增加时,这种效果会更加明显;在相同的接触载荷下,塑性指数越高,处于塑性变形状态的微凸体就越多,从而使具有微织构形貌的结合面的法向接触刚度变大。     

计入柱塞套弹性变形的柱塞副摩擦与密封特性分析

综合考虑径向柱塞泵柱塞副粗糙表面接触和弹性变形,建立混合润滑状态下柱塞副弹流润滑理论分析模型,并结合有限差分法与有限单元法,基于MATLAB和ANSYS开展联合仿真,分析不同入口压力及凸轮转速下柱塞副弹性变形及表面形貌对摩擦与密封特性的影响。结果表明：柱塞套弹性变形对柱塞副微凸体接触影响显著,且影响程度与入口压力及凸轮转速有直接关系;弹性变形及表面形貌均在一定程度上影响摩擦功耗及泄漏量且弹性变形的影响更大;柱塞副摩擦与密封特性对工作条件较为敏感,随着入口压力或凸轮转速的增大,摩擦功耗、压差流量与剪切流量均有不同程度的增加。     

面接触条件下织构表面摩擦特性研究

为研究织构表面对面接触摩擦副摩擦特性的影响,设计和制造4个表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28% 的试件,选用HDM20端面摩擦磨损试验机,针对油润滑和脂润滑两种润滑剂,在不同载荷、转速等工况和不同摩擦副配对材料等条件下进行了试验研究,探讨表面形貌对摩擦特性的影响规律,并使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,采用ISO25178定义的体积参数和连通性系数对三维表面形貌进行表征,从而得出表面体积参数及连通性系数与摩擦因数的关系。结果表明：在油润滑条件下表面形貌的微观结构特性对摩擦的影响要比脂润滑条件下的更显著;在钢对铜摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化比较复杂,在钢对钢摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化相对平稳;在不同的条件下,最优的表面微观结构特性也不同;将连通性系数和体积参数结合起来对表面形貌进行表征将更有利于表面微观结构特性的摩擦学设计。     

振动载荷下的织构化表面弹流润滑分析

建立周期性振动载荷作用下的织构化表面的弹流润滑模型,研究织构化表面的弹流润滑性能随织构参数的影响规律。研究结果表明:在一个振动载荷周期的不同时刻,织构化摩擦副表面间油膜的弹流润滑作用相同、平均摩擦因数随织构直径、深度、密度等因素的影响规律基本相同;当受外部振动载荷时,织构直径、深度和密度等参数均存在一个较优值,使得弹流润滑作用下的织构化摩擦副表面的平均摩擦因数均存在一个最小值,使润滑摩擦效果最优。     

表面织构凹坑对弹流润滑点接触摩擦力和成膜能力影响研究

零件之间形成的润滑接触在工程中广泛存在,在零件表面人工织构特定的形貌,改善接触的摩擦磨损性能,是目前工程表面设计的热点和前沿。建立等温条件下的润滑点接触分析模型,并考虑润滑粘度和密度随压力变化以及接触弹性变形,研究了表面圆柱形凹坑的直径、间距和排列方向对弹流润滑接触摩擦系数的影响。结果表明,过大或过小的凹坑直径都不利于形成油膜,降低摩擦;凹坑间距越小,对油膜形成有利,摩擦系数就越低。     

线接触热弹流润滑中材料热膨胀系数的计算

运用线接触热弹性流体动压润滑理论,结合热弹性力学理论和热力转换原理,提出了一种求解线接触热弹流润滑下接触固体表面材料热膨胀系数的方法,能解决油膜压力约束下的非均匀温度场引起的固体表面热弹性变形的求解问题.通过算例求解得到了满足收敛条件的数值解,进一步分析了载荷、卷吸速度和固体材料变化对材料热膨胀系数的影响.研究结果表明...     

线接触弹流润滑下固体表面热应力的计算

线接触热弹流润滑下,与油膜接触的两固体表面会产生温升变化,固体表面必定会产生热应力,由于固体表面受到了非均匀油膜压力的约束,数值求解固体表面热应力的难度较大。将热力转换原理和热弹性力学理论引入弹流润滑计算中,给出了数值计算方法,实现了固体表面线胀系数的数值求解,解决了热应力和热弹性变形的数值计算,通过算例得到了满足收敛精度的润滑特性和热应力的数值解,并讨论分析了线载荷变化对固体表面热应力的影响。研究内容可为热弹流润滑分析和约束条件下固体热应力分析提供理论基础和数值方法。     

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。     

基于套圈变形的柔性轴承弹流润滑分析

以柔性轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹性薄壁圆环理论,建立柔性轴承等温椭圆点接触弹流润滑模型,对滚珠及内外圈滚道的接触区受载荷最大位置处进行弹流润滑数值分析;计算危险点的曲率半径、速度及载荷,分析载荷及速度变化对该位置润滑性能的影响。研究结果表明:套圈变形使得润滑接触区峰值压力增大、膜厚减小;柔性轴承弹流润滑油膜最小膜厚及中心膜厚均随载荷的增大而减小,油膜压力随载荷的增大而变大,表明载荷增大对柔性轴承的承载有一定影响;随转速的增大最小膜厚及中心膜厚均增大,表明在一定范围内,适当提高转速能够改善润滑性能。     

表面织构在滚动轴承系统中的摩擦学分析

以滚针/外圈作为研究对象,建立适合滚动轴承系统的弹流润滑模型,探究表面织构在不同转速下的润滑效果。研究表明:在滚针/外圈摩擦副中,采用合适的表面织构可以有效提升摩擦副的最小油膜厚度,避免摩擦副表面的直接接触,提高摩擦副的摩擦学性能。表面织构的效果受轴承转速的影响。     

线接触滑——滚条件下微凹坑表面摩擦特性

线接触副在工程中广泛存在,且大多工作在弹性流体动压润滑状态下。为研究微凹坑对线接触摩擦副摩擦学性能的影响及表面三维表征参数与摩擦学特性之间的联系,采用激光微造型技术通过控制微凹坑面积占有率、凹坑深度、间距等参数加工制造4个表面粗糙度相同,且表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28%的圆柱形试件;然后使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,且采用ISO25178定义的参数对三维表面形貌进行表征;并在电气化改造后的JPM-1型双盘摩擦磨损试验机上,针对不同滑滚比、不同载荷、不同转速等工况,完成一系列线接触弹流摩擦试验。结果表明,表面形貌的微观结构特性对线接触摩擦副的摩擦特性具有明显的影响,并给出表面体积参数以及特征参数与摩擦的关系;同时,在不同的工况条件及不同的滑滚比下表面结构特性对摩擦的影响效果也不同。     

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。     

滚子副润滑状态转变的光干涉试验研究

利用光干涉测量技术,测量了滚子-盘有限长线接触副的润滑油膜形状和厚度,研究了滚子副的润滑状态随载荷、速度转变的规律。结果表明,接触区卷吸速度增加或载荷减小,使得滚子-盘接触副润滑状态逐渐由弹流润滑转变为流体动力润滑,且在两种润滑状态转变过程中存在过渡状态;由载荷变化引起流体动力润滑状态转变为弹流润滑状态过程中,接触区表面发生了弹性变形,使得接触区的油膜厚度增加。速度变化使滚子-盘接触处于流体动力润滑状态时,油膜出口颈缩消失,最小膜厚位置由出口颈缩处移至接触区中心,油膜光干涉图关于滚子轴线对称。     

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。     

计入薄壁构件挠度变形的线接触弹流润滑分析

由于薄壁构件在受力情况下产生挠度变形,对弹流润滑有一定影响,导致原来的弹流润滑计算存在较大误差,经典的接触模型已不再适用。提出一种考虑薄壁平板挠度变形的弹流润滑线接触模型,该模型能够确切反映薄壁平板的挠度变形对弹流润滑的影响;采用有限元仿真软件建立薄壁平板的挠度变形模型,在挠度变形的基础上,分析速度参数及载荷参数对线接触弹流润滑性能的影响。研究结果表明:挠度变形对薄壁件润滑的影响十分明显,油膜压力减小,中心膜厚分布范围增大,膜厚值减小;随着速度及载荷参数发生变化,油膜压力及膜厚也相应地发生改变;当其他条件不变时,中心油膜厚度随速度的增加而增大,且中心油膜区域逐渐增加,速度参数对油膜压力影响较大,油膜压力随着速度的增加而升高,颈缩现象逐渐出现;油膜压力随着载荷的增大而升高,同时油膜厚度逐渐减小。     

旋转油封密封织构化界面的密封性能研究

为改善旋转式唇形密封的密封性能,在轴表面开椭圆形织构,考虑密封唇口的径向变形、粗糙峰剪切变形和油膜压力的耦合,建立了唇封三维周期性软弹流润滑模型。采用有限单元法与数值迭代技术求解润滑方程获得了反向泵送率、摩擦扭矩和液膜承载力等性能参数,研究了椭圆形微织构及其结构参数对油封密封性能的影响规律,对椭圆形织构进行了结构优化分析。结果表明,密封轴的表面织构化可明显改善润滑状态,并提高泵送率。该研究对于油封的增强润滑、减少泄漏和磨损具有工程参考价值。     

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。     

织构型高频液压冲击活塞副能耗模型构建及数值模拟

为降低液压冲击活塞副的摩擦损耗,在活塞副表面构造圆柱形织构;综合考虑其泄漏和摩擦损失构建能耗分析指标,采用Hertz接触理论分析间隙密封结构的弹性变形,利用牛顿内摩擦定理提取摩擦力,结合二维弹流润滑Reynolds方程构建冲击活塞副能耗分析模型;提出采用有限差分法以及超松弛迭代收敛准则对冲击活塞副能耗分析模型进行数值求解;以YG45型液压凿岩机为例对冲击活塞副进行能耗分析,验证了该方法求解冲击活塞副能耗的有效性,并分析织构对降低冲击活塞副能耗的作用。结果表明:圆柱形织构表面能形成流体动压润滑膜,在全油膜润滑状态下织构的流体动压润滑效应会显著提高表面的承载能力;圆柱形织构改善了表面的润滑性能,大幅度降低了表面摩擦力,使得摩擦损失减小;增加织构使泄漏损失有所增加,但其增加幅度很小,对能耗影响可以忽略不计。     

载荷对凹陷表面的动态微弹流润滑特征的影响

研究了表面凹坑在不同接触载荷和滚滑率的情况下,通过弹流润滑区时对油膜压力和形状产生的干扰现象。根据对微弹流润滑特征分析发现,只有在表面存在相对滑动的条件下,进入弹流接触区的表面凹坑才随接触载荷 的增加被逐渐地压平变浅;而在纯滚动条件下,进入弹流接触区的表面凹坑深度几乎与载荷大小无关保持不变;所有条件下因表面凹坑进入弹流接触区产生的油膜干扰凹陷深度与载荷大小无关而保持一个稳定的值。