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。     

高速小型复合陶瓷球轴承的润滑特性研究

为了寻求一种能够快速建立高速小型复合陶瓷球轴承弹流润滑数学模型的数值计算方法,基于Reynolds方程的情况下运用Fortran语言在Visual Studio中进行编译,通过给定初始压力分布,运用迭代法求得弹流润滑完全数值解,并获取最终的压力和膜厚值。结果表明:转速、载荷以及润滑油粘度会对轴承的接触区压力、膜厚产生影响,其中随着转速的增加,最小膜厚增加,最大压力减小;随着载荷的增加,最小膜厚减小,最大压力增大;而随着润滑油粘度的增加,膜厚增加,最大压力减小。通过与传统理论计算结果的对比,结果具有较好的一致性,研究结果对高速深沟陶瓷球轴承运用具有指导意义。     

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。     

不同载荷下滑块轴承润滑状态的Stribeck曲线研究

为了研究在不同载荷下滑块轴承Stribeck曲线的变化规律,建立了销盘式摩擦实验台,通过改变载荷、转速采集到油膜厚度和摩擦因数,运用MATLAB软件绘制摩擦因数与压力、转速和黏度的关系曲线,即Stribeck曲线。实验结果表明,摩擦因数随着转速的增加呈现先减小后增加的趋势;载荷越小,进入Stribeck曲线谷底越早,越容易达到流体润滑状态,通过改变轴承的载荷能够有效地改善轴承的润滑状态。     

不同衬套材料对油水两相润滑轧机油膜轴承弹流润滑的影响

以轧机油膜轴承为研究对象,利用考虑热效应的Relnolds方程建立了油水两相弹流润滑模型,对比了3种常用衬套材料对轧机油膜轴承润滑性能的影响,结合轧机油膜轴承的特殊工况讨论了不同含水量、主轴转速和轧制力下的油水两相流体的润滑特性。结果表明:3种衬套材料中,巴氏合金的最大压力及中心压力最小,整体膜厚、中心膜厚及最小膜厚值最大,润滑性能最好,最大温度最大,散热性最好,选用巴氏合金作为衬套材料最为合适;油膜进水后随着含水量的增加,最大压力减小,润滑膜入口区的压力增大,最小膜厚增大,润滑性能提升;随着主轴转速增加,润滑膜最大压力减小,入口区压力增大,最小膜厚增加;随着轧制力的增加,最大压力增大,入口区压力减小,最小膜厚减小。     

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。     

进水温度对水润滑轴承润滑特性的影响

为研究进水温度变化对水润滑轴承润滑特性的影响,采用有限差分法建立水润滑轴承弹流润滑模型,分析不同进水温度和载荷条件下水润滑轴承润滑特性的差异,并且通过试验验证摩擦因数的变化规律。研究发现：随着进水温度升高,轴承的水膜压力下降,但在水膜压力峰区域最大水膜压力升高、最小水膜厚度减小、偏心率增大,表明进水温度升高对润滑性能有着负面影响;在相同的载荷和转速下,轴承摩擦因数随着进水温度升高而下降,且高载荷下进水温度对摩擦因数的影响更大。通过试验发现进水温度越高对摩擦因数变化的影响越大,不同进水温度下载荷越低,载荷的变化对摩擦因数变化量的影响越大。     

油水两相流对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响

研究润滑油中混入水后对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响。建立油水两相流体的数学模型,以及轧机油膜轴承热弹流润滑的数学方程,利用多重网格法及多重网格积分法对上述方程进行求解,并分析润滑膜压力、膜厚随含水量、主轴转速、轧制力的变化关系。结果表明:与纯油润滑相比,油水两相流体润滑具有更好的润滑特性,且随着含水量的增加,膜厚增大,承载能力增强;随着主轴转速的增加,膜厚增加,承载能力减小;随着轧制力的增加,膜厚减小,承载能力增强。在油水两相流润滑条件下,热效应对于轧机油膜轴承弹流润滑的影响不能忽略。     

考虑自旋状态下弹流润滑的球轴承力学特性计算方法研究

角接触球轴承中的滚动体产生自旋运动,自旋状态下的弹流润滑(Elastohydrodynamic lubrication,EHL)性能对轴承的力学特性产生一定的影响。建立了考虑自旋运动的EHL模型,研究自旋运动对载荷分布和油膜形状的影响。利用刚体中心膜厚与接触载荷之间的关系,实现了EHL模型与轴承力学模型之间的耦合,从而提出了考虑自旋状态下弹流润滑的球轴承力学特性计算方法。与传统的基于Hertz接触理论的计算方法进行了对比分析,结果显示两者在接触载荷和接触角的计算方面比较接近,但对轴承变形、接触位移及膜厚分布的计算差别较大,基于EHL计算方法所得的轴承变形小于基于Hertz接触方法的计算结果,且转速越高差别越明显,考虑自旋运动后最小膜厚不再随轴承转速升高而单调增长,当转速达到一定程度后最小膜厚开始下降。     

链条套筒与销轴铰链副冲击载荷-往复运动的弹流润滑数值模拟

数值模拟链传动中销轴与套筒之间的定载荷和变载荷弹流润滑接触问题,套筒相对于销轴做纯滑动往复运动。定载荷是假定往复运动过程中载荷恒定不变;变载荷是假定链节在啮入和啮出链轮过程中存在的冲击载荷按正弦函数规律变化。比较在定载荷和变载荷加载条件下线接触往复运动工况的弹性润滑油膜变化情况,分析在动载荷加载条件下不同行程长度对弹性流体动力润滑特性的影响。研究发现,动载荷对油膜的压力、膜厚影响较大:随着动载荷的增加,油膜中压力急剧增大,膜厚减小;但加载方式对摩擦因数的影响不大;在相同的加载方式下,随着行程长度的增加,油膜压力减小,中心膜厚和最小膜厚显著增加。     

不同轴向载荷下氮化硅全陶瓷轴承润滑特性

全陶瓷球轴承广泛应用在航天航空领域、燃气发动机和极端工况下,然而针对全陶瓷轴承油润滑特性的研究比较少见。以氮化硅6206全陶瓷深沟球轴承作为研究对象,在轴承测振仪上开展陶瓷轴承润滑特性实验研究,采用拟静力学和最小油膜厚度理论通过MatLab的牛顿迭代法得到比较精确的数值解,分析陶瓷轴承的接触载荷、轴向载荷、离心力、最小油膜厚度之间的关系,并通过改变供油量和轴向载荷得到陶瓷轴承在不同工况下的振动规律。实验结果表明：在轴向载荷相同条件下球与外圈之间的接触载荷比球与内圈之间的接触载荷大,轴向位移随着轴向载荷增加呈递增趋势;在轴向载荷一定时,存在一个最佳供油量使轴承振动最小,在干摩擦条件下轴承振动随着轴向载荷增加呈先减少后增大的趋势。     

滑动轴承动压特性的影响因素研究

以某发动机惰齿轮轴承为研究对象,采用一维动力学方法进行多工况计算,针对油孔布置、载荷方向、载荷大小、轴承转速4种因素,分析滑动轴承润滑油流量、最小油膜厚度、偏位角、最大油膜压力4个动压特性参数的变化规律。结果表明：油孔布置和载荷方向主要对润滑油流量有明显影响,而对其他3个动压特性参数影响较小;油孔数量越多,油孔在圆周方向上越靠近油膜厚度最大处,则润滑油流量越大;油孔分布越均匀,因载荷方向改变引起的流量波动越小;载荷大小和轴承转速对4个动压特性参数都有明显影响;随载荷增加,最大油膜压力大致呈线性增加,而其他3种动压特性的变化速率降低;随转速增大,最大油膜压力减小的速率逐渐降低,而其他3种动压特性大致呈线性增加。     

The Prediction of Contact Pressure–Induced Film Thickness Decay in Starved Lubricated Rolling Bearings

Under starved conditions the thickness and distribution of the lubricant film in an elastohydrodynamically lubricated (EHL) contact is directly related to the distribution of lubricant on the track in the inlet to the contact. In starved lubricated rolling bearings this lubricant distribution is determined by many effects. The authors have developed a model to predict the oil lost from the track induced by EHL pressure with no replenishment. A complete bearing is modeled with multiple rolling element EHL contacts and with the applied load to the rolling elements varying along the circumference of the bearing. Results of the oil layer thickness on the track are presented for a ball bearing and a spherical roller bearing for different bearing loads and rotational speeds. The predicted layer thickness decay rate for a ball bearing is significantly larger than for a spherical roller bearing and the predicted effect of the bearing load on the decay rate is small compared to the effect of the rotational speed. The predicted decay periods due to the contact pressure effect are small compared to the observed (grease) life of bearings. The results show that a bearing cannot sustain an adequate layer of oil on the running track unless significant replenishment takes place.     

全陶瓷球轴承油润滑特性及其对服役性能影响规律

相比于金属球轴承,全陶瓷球轴承在极端工况下的服役性能更加突出。为了揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以6208CE氮化硅全陶瓷深沟球轴承为例,对其在油润滑工况下所表现出的摩擦、振动、温升等特性进行试验研究,探讨供油量对全陶瓷球轴承润滑状态的影响,并对试验后的全陶瓷球轴承接触微区表层进行解析。研究发现：全陶瓷球轴承油润滑服役过程中,在某个特定工况下存在一个最佳供油量,使得轴承可实现全膜润滑,从而表现出最好的摩擦、振动、温升等特性;小于最佳供油量时,为乏油状态,轴承接触微区存在油-固混合润滑状态;大于最佳供油量时,过多润滑油液会产生的黏滞阻力;相比于载荷,轴承的转速对最佳供油量的取值具有决定性影响。研究成果对于揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,丰富其润滑理论与方法具有一定指导意义。     

The investigation of oil film thickness in heavily-loaded contact

An experimental study of the shape and thickness of the oil film during rolling in a thrust ball bearing has been carried out by the interference method.The experimental results showed good agreement with theory. Oil film thickness was affected mainly by the rolling velocity, viscosity of oil and maximum Hertzian stress. The groove radius had no effect on the film thickness. With increase of rolling velocity the film thickness increases and then reduces sharply owing to temperature rise and the non-Newtonian properties of the lubricant. A qualitative similarity was derived from the experimentally observed dimensionless shapes of the film and of the dimensionless theoretical shapes of the oil film for the lubricant in the non-Newtonian state. The flat “squashed” contact area diminished and disappeared with rise in velocity, which agreed with theoretical predictions.Good agreement was found between the theoretical and the experimental values of the oil film thickness and the friction coefficients for a ball sliding on a plane. Values of relaxation time for oil agree with values observed by the vibration method.The interference method is proposed to estimate the relation of the relaxation time for lubricants to the pressure and temperature up to maximum Hertzian pressures of 14,000 kg/cm². Experimental studies by the interference method and the solution of the non-isothermal hydrodynamic contact problem for liquids both in the Newtonian and non-Newtonian state provide a method of calculation of the friction coefficient.     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

浮环轴承内油膜变偏心率与恒偏心率润滑特性对比分析*

目前对浮环轴承油膜特性的研究,主要基于偏心率对油膜压力及最小油膜厚度的影响,未能反映真实的油膜边界运动。利用计算流体力学的方法,实现浮环与轴颈之间的内油膜边界运动;建立轴颈-浮环之间内油膜润滑部位的流体域模型,研究多相流变偏心率下浮环轴承的油膜特性。结果表明：考虑变偏心率下的仿真计算结果更能反映真实的油膜润滑特性;最大油膜压力在恒定偏心率与变偏心率下均随着转速的升高而增大,最小油膜厚度在恒定偏心率下随着转速的增加保持不变,在变偏心率下随着转速的增加而减小;最大油膜压力与最小油膜厚度在变偏心率影响下变化更明显,为浮环轴承的优化设计提供了理论依据。     

载荷扰动下滑动推力轴承绝热瞬态过程分析

分析了滑动推力轴承在载荷冲击下的绝热瞬态行为.通过对轴承油膜压力、温度及推力盘动力学建模,应用有限差分法以及Newton-Raphson法对模型求解,获得了大载荷扰动工况下滑动推力轴承热瞬态性能参数的非线性变化规律.讨论了载荷幅值,初始速度等对热瞬态过程的影响.结果表明,载荷冲击会在短时间内造成油膜温度显著升高及最小膜厚减小,从而导致轴承在瞬态过程中失效.