基于不同流变模型的等温线接触弹流润滑分析

选取Ree-Eyring流体、Bair-Winer流体和Carreau流体建立非牛顿流体等温弹流润滑模型,研究不同流变模型对最小膜厚和中心膜厚影响,并与Newton流体进行比较,同时讨论环境黏度对油膜压力和膜厚的影响。结果表明:基于Carreau流变模型得到的最小膜厚与实测结果最吻合;与Newton流体模型相比,Carreau流变模型和Ree-Eyring流变模型得到的油膜中心厚度较高,其中Carreau流变模型的油膜中心厚度最高,Bair-Winer流变模型得到的中心膜厚最小;与Roelands黏压模型相比,采用Doolittle自由体积黏压模型在中心区域产生较低的黏度;环境黏度高的润滑油油膜厚度增加,第二压力峰值也增大。     

指数率流体热弹流润滑分析

应用多重网格技术,求得了指数率非牛顿流体线接触热弹流润滑的数值解,分析了油膜压力、厚度和温度等随流变指数、速度参数、滑滚比及载荷参数的变化关系,并与相同工况下的等温解进行了比较。结果表明,随着流变指数的增加,油膜厚度和温度、入口处的当量粘度、最小膜厚、中心膜厚和最大温升均增大,而油膜压力和摩擦因数的变化较小。指数率流体弹流润滑问题的热效应不可忽略;与压缩功项相比,油膜能量方程中的热耗散项对温度的影响最大。同时,无量纲速度参数、滑滚比和载荷参数等均影响热弹流润滑特性。     

涂层材料热特性参数对点接触弹流润滑的影响

为探究涂层材料热特性参数对点接触弹流润滑的影响,选择3种不同方法制备的类金刚石（DLC）涂层和氧化锆陶瓷涂层,构建考虑涂层热特性的点接触弹流润滑模型,分析涂层材料、涂层厚度和润滑剂的流变性对接触区润滑性能的影响。结果表明：在弹流润滑状态下具有不同热特性的4种表面涂层导致了膜厚的差异,固体表面温度及润滑区温度场会随涂层热惯性变化;热惯性最小的DLC涂层加在快速运动表面能获得更高的膜厚;随着涂层厚度的增加,会引起固体表面的温度升高,使摩擦因数降低;非牛顿流体对压力、膜厚的影响很小,但与牛顿流体相比,能获得相对较低的温度。在弹流润滑状态下,涂层覆在快表面对于减小摩擦、提高膜厚是有益的。     

考虑自旋运动的弹性流体动力润滑热效应分析

为有效地评估润滑油膜热特性,采用Eyring非牛顿流体,建立考虑自旋运动的点接触热弹流润滑模型,应用多重网格技术和逐列扫描技术进行数值仿真,并讨论滑滚比、速度、特征剪应力、最大Hertz压力和自旋因数对弹流润滑性能的影响。结果表明:考虑自旋运动时,中高载时用非牛顿流体得到的油膜温度明显低于牛顿流体的油膜温度;自旋运动使膜厚及温度分布失去了原有的对称性,且对于较低剪切应力的非牛顿流体,自旋运动使温度分布的不规则性更明显;随载荷的增加,摩擦因数开始时几乎线性增加,而随着载荷的增加热效应也逐渐增强,因此摩擦因数在达到最大值后出现下降的趋势;随着自旋因数增加,膜厚及温度分布的不对称性增强,温度最大值升高,且向一侧偏移。     

表面磨损对非牛顿弹流润滑性能的影响

考虑磨损对润滑状态的影响,构建带有磨损带的非牛顿流体圆接触热弹流润滑模型,分析磨损半宽对油膜压力、厚度、温度和摩擦因数的影响,并与牛顿流体的热弹流解进行比较。结果表明,随着磨损半宽的增大,最小油膜厚度明显减小,且总是处于磨损带边缘附近,并向入口处移动;而中心膜厚随磨损半宽的增大线性增大;卷吸速度、载荷及滑滚比对膜厚随磨损半宽改变的影响不大;非牛顿效应对温度和摩擦因数有较大影响。     

线接触弹流润滑综合数值分析

应用多重网格法和多重网格积分法数值求解rNewton流体和Ree-Eyring流体线接触等温和热弹流润滑问题,分析了滑滚比对摩擦因数的影响,指出了润滑油的流变性和热效应对线接触弹流润滑油膜粘度的影响,以及不同滑滚比时压力、膜厚和温度的分布规律。结果表明：等温润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加而增加,热弹流润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加先增加后减小,热效应和非牛顿流体的剪稀作用均会使润滑油的等效粘度降低,从而影响摩擦因数;热效应的存在使油膜变薄,且在所讨论的工况条件下Newton流体的膜厚比Ree-Eyring流体的稍薄,热效应使第二压力峰变矮,且Ree-Eyring流体的第二压力峰矮于Newton流体的第二压力峰;纯滚动时,Ree-Eyring流体的温度比Newton流体的温度高,有滑滚比时,Newton流体的温度比Ree-Eyring流体的温度高,且油膜的温度随滑滚比的增加而增加。     

接触固体曲率半径对非稳态热弹流润滑的影响

研究接触区的当量曲率半径对弹流油膜性质的影响,利用多重网格法求得非稳态弹流润滑问题。得到了接触固体两种等效曲率半径下的热弹流润滑数值解。数值模拟的结果显示最小膜厚的变化与Hamrock和Dowson的点接触弹流润滑的最小膜厚公式一致。在其他参数不变的情况下,曲率半径增加一倍,油膜的压力大约减小一倍,其第二压力峰变钝变宽;而膜厚增大,但其增加的幅度相比压力的增加要小很多;而温度的变化减小。     

指数率非牛顿水基磁流体热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场和非牛顿效应的雷诺方程,并且采用多重网格法和多重网格积分法,对指数率非牛顿水基磁流体滑动轴承进行热弹流润滑分析。探讨了非牛顿流体指数、磁场强度、滑滚比和曲率半径对水基磁流体弹流润滑膜膜厚和压力的影响。结果表明:在水基磁流体润滑的条件下,水基磁流体润滑膜厚随着指数的增加而减小,压力随着指数的增加的变化不明显;随着磁场强度和滑动轴承滑滚比的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚增大,压力无明显变化;随着滑动轴承曲率半径的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚减小,入口区压力增大,压力峰减小。     

等温条件下非牛顿流体的弹流特性分析

为研究弹流润滑的非牛顿效应,对稳态和时变条件下等温点接触牛顿流体与非牛顿流体的弹流特性差异进行分析。假设润滑剂为Ree-Eyring非牛顿流体,研究卷吸速度、滑滚比、最大赫兹接触压力以及特征剪应力对弹流润滑性能的影响,分析时变条件下非牛顿流体的弹流特性,并与牛顿流体进行比较。结果表明,等温、轻载工况下,速度的增加导致牛顿流体产生较为尖锐的第二压力峰,导致非牛顿流体的接触区入口膜厚增加,且滑滚比越大增加越明显;高速、大滑滚比条件下,载荷越轻非牛顿效应越明显;时变条件下,速度波动对牛顿流体和非牛顿流体都产生较大影响,非牛顿流体的第二压力峰在各个瞬时始终小于牛顿流体。因此,等温点接触弹流润滑条件下,动态效应和非牛顿效应不应忽视。     

基于Elrod算法的线接触乏油热弹流润滑分析

为研究中低速、中等载荷工况下不同供油条件对接触区润滑特性的影响,假设润滑剂分别为Newton流体和Ree-Eyring流体,建立考虑供油条件的线接触热弹流润滑模型。采用Elrod算法,将入口供油量作为输入参数,求解接触区油膜压力、膜厚和油膜温度的完全数值解。结果表明:随着入口供油量的降低,接触区入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动;相同供油条件下,随着速度和载荷的增大,入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动,乏油程度增加;随着供油量的增加,中心膜厚和最小膜厚也相应增加,且中心膜厚更易受供油量的影响;在乏油润滑条件下,Newton流体计算得到的油膜温度明显高于Ree-Eyring流体;随供油量的增加,Ree-Eyring流体的油膜最高温度增加,而Newton流体的油膜最高温度有先降低后增加的趋势;对于给定的工况,当入口等效供油膜厚接近该种工况下接触区处于充分供油状态下的最小膜厚时,接触区内的最高温升是相对最小的。     

指数率非牛顿流体的等温线接触弹流润滑分析

应用多重网格解法，求得了指数率非牛顿流体在稳态等温线接触条件下的弹流润滑数值解，分析了油膜压力和油膜厚度随指数及滑滚比的变化关系，并与相同工况下牛顿流体弹流润滑的结果进行了比较。     

表面缺陷对自旋热弹流润滑性能的影响

为讨论自旋运动及表面缺陷对点接触热弹流润滑性能的影响,采用Eyring非牛顿流体,建立了考虑自旋运动存在表面缺陷的点接触热弹流润滑模型。应用多重网格技术和逐列扫描技术进行了数值仿真。从而得出自旋及表面缺陷对润滑油膜厚度、压力及温度分布的影响,为轴承在恶劣条件下工作时提供一些失效的判断依据。     

圆弧齿线圆柱齿轮等温弹流润滑模型建立及分析

圆弧齿线圆柱齿轮具有承载能力高、接触强度大、传动平稳等优点,但也存在齿面磨损、点蚀、胶合等失效形式,这主要是由于润滑不良造成的,因此保证其良好的润滑性能十分关键。分析圆弧齿线圆柱齿轮的啮合接触过程,简化其接触模型,并基于弹流润滑理论建立了圆弧齿线圆柱齿轮等温弹流润滑的物理模型及数学模型。通过直接迭代法和Fortran语言编程进行数值求解,得到其油膜特性曲线,并分析比较了卷吸速度、载荷以及润滑油黏度对油膜压力和膜厚的影响。结果显示,卷吸速度是影响膜厚最重要的因素,润滑油黏度对油膜压力和膜厚都有着重要的影响,载荷的影响程度则相对较小。此外,用膜厚比判断齿轮润滑状态,在进行圆弧齿线圆柱齿轮设计时,使其尽量接近完全弹流润滑状态。     

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。     

滚子副温度对润滑性能的影响

针对工作环境、温度变化较大的机械装备中滚子副温度与供油温度的差异,提出处理滚子副温度与供油温度不同时热弹流润滑问题的方法.压力的求解采用多重网格法,膜厚的求解采用多重网格积分法,温度的求解采用逐列扫描技术,给出有限长线接触热弹流润滑问题的完全数值解.研究滚子副温度与供油温度相同和不同时滚子副的润滑特性,讨论滚子副温度、滑滚比和速度参数对齿轮、滚动轴承等机械零件润滑性能的影响.结合滚子副温度高于或低于供油温度的实例,与常规润滑(滚子副温度与供油温度相同)结果进行比较.结果表明,润滑膜厚度取决于滚子副温度而非供油温度.滑滚比对油膜压力与厚度影响不大,但对油膜温度影响显著.与低速相比,高速条件下滚子副温度对中心油膜温度的影响较弱,而对油膜厚度的影响较大.     

指数率非牛顿流体线接触时变热弹流润滑分析

应用多重网格法,求解得到了指数率（Power Law）非牛顿流体在线接触时变变温条件下的弹流润滑数值解。分析了稳态条件下流变指数n对压力、油膜厚度及温度的影响;时变条件下流变指数n对承载量和摩擦因数的影响。结果表明：稳态条件下,随着流变指数n的减小,油膜厚度增大,油膜人口压力和第二压力峰也在增大,出口温度减小,其它部分温度升高;时变条件下,流变指数n对承载量的影响主要集中在π／2与3π／2附近且在π／2附近影响显著;随着流变指数n的增大摩擦因数明显增大,且时变周期内摩擦因数的波动变大。     

基于弹流润滑模型的润滑油黏度确定方法

以弹性流体动力润滑理论为基础,通过建立润滑分析模型计算润滑油黏度,提出一套科学合理又便于实际应用的润滑油黏度选油的确定方法。首先基于不同温度下的高/低剪切率流变实验,提出综合考虑温度、剪切速率影响的润滑油黏度计算公式;然后建立粗糙表面热弹流润滑分析模型,并通过光弹流膜厚测量实验和摩擦因数实验验证模型的合理性;最后以膜厚比为判据,以润滑分析计算为基础,确定了摩擦副形成有效润滑油膜所需的润滑油黏度。该方法以润滑理论计算为依据,综合考虑温度、压力、剪切速率的影响,对典型零部件的润滑设计中的润滑油选取具有指导意义。     

不同工况条件对直齿轮副弹流润滑特性的影响研究

根据弹流润滑理论与渐开线直齿轮齿廓啮合特点,建立非牛顿流体直齿轮副弹流润滑模型,采用数值方法求解不同工况条件对油膜压力、油膜厚度分布及啮合周期内摩擦因数的影响。研究表明,转速、输入转矩及润滑油粘度产生变化,均会影响油膜压力及膜厚分布,最终导致啮合周期内摩擦因数发生变化,且摩擦因数在靠近节点处达到最小值。     

流变模型对剪切稀化流体弹流油膜厚度影响的研究

基于Carreau流变模型和Ree—Eyring流变模型,对剪切稀化流体线接触弹流润滑进行了完全数值分析,得到了同一种润滑油在不同流变模型下的弹流油膜厚度。将理论分析得到的油膜厚度、经典弹流膜厚公式计算的油膜厚度以及实测的油膜厚度进行了对比,结果表明：基于Carreau流变模型的理论分析结果更能反映剪切稀化流体的实际弹流油膜厚度;在相同工况下,基于Ree—Eyring流变模型的理论分析结果低估了剪切稀化流体的油膜厚度,经典弹流膜厚公式过高地估计了剪切稀化流体的油膜厚度。研究结果表明：幂函数形式的流变模型更能反映剪切稀化流体的流变特性。     

制造误差对多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑性能的影响

建立考虑制造误差的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的计算模型,计算得到有制造误差时的瓦块油膜厚度、油膜压力、瓦面温度分布等,并对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承在有无制造误差时的热弹流润滑性能差异。结果表明,轴径误差会导致最大油膜压力显著增大,轴瓦瓦面曲率半径误差会导致最小油膜厚度和最大油膜压力均有一定增大,而预载荷误差对轴承的润滑性能无明显影响。