椭圆接触自旋弹流油膜实验研究

设计一种简单的实验方法,通过调节弹流接触中心和旋转中心之间的距离,可获得不同程度的自旋,即得到不同的旋滑比。采用玻璃块-椭圆滚子接触的方式,应用光干涉自旋弹流薄膜测量系统研究界面滑移条件下自旋对弹流油膜的影响。结果表明,随旋滑比的增大,油膜形状失去了经典弹流油膜的对称性;一定偏心距下,随速度和载荷的增加,油膜形状的非对称性都增强,入口凹陷逐渐都变得明显,但油膜厚度变化趋势不同,其中随速度的增加,油膜厚度而增加,且接触区两侧最小膜厚的差值也增加,而随载荷的增加,接触区左侧最小膜厚逐渐减小,右侧最小膜厚先增加后减小。     

自旋对弹流油膜影响的试验研究

利用自制的旋滑式光干涉弹流薄膜测量系统,对带有自旋的钢球—玻璃盘接触副形成的弹流油膜形状和厚度进行试验研究。采用新的方法来获得自旋,即通过调节接触副与玻璃盘旋转中心的距离改变自旋分量的大小。试验结果表明,自旋导致油膜厚度降低,油膜形状也失去了经典的马蹄形相对卷吸中心线的对称性。当卷吸速度增加时,油膜厚度增加,油膜形状的非对称性增强;载荷增加,油膜厚度减小,油膜形状的非对称性增强;偏心距增加,油膜整体厚度增加,两侧油膜厚度差别减小,油膜形状的对称程度增加。     

椭圆接触弹流润滑油膜形状的实验研究

采用多光束干涉测量技术,在自制光弹流实验机上进行了椭圆接触弹流润滑油膜形状的实验测量,观察了椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角θ、速度、施加载荷等对油膜形状的影响。结果表明：夹角θ较小时,油膜厚度整体上更大,接触区较窄,入口区油膜更陡峭;低速时,夹角及载荷基本不影响膜厚;高速、轻载时,夹角θ对膜厚影响更显著;载荷及夹角越大,动压油膜越难建立。     

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。     

乏油条件下圆柱滚子轴承的弹流润滑分析

基于有限长线接触弹流润滑理论,将等效供油层厚度和轴承相关参数作为输入量,求得乏油条件下圆柱滚子轴承弹流润滑的完全数值解;比较充分供油与乏油条件下轴承的润滑性能,研究乏油条件下供油层厚度、载荷、转速对圆柱滚子轴承润滑性能的影响。结果表明:随着供油量的减小,油膜厚度减小,第二压力峰降低,压力的起始点位置移向Hertz接触区;载荷增加,油膜厚度减小,这将对轴承的润滑产生十分不利的影响;随着转速的增加,压力区变得平坦,油膜颈缩向出口区移动,乏油程度更加严重。     

旋滚条件下弹流油膜的试验研究

应用光干涉方法,对旋滚条件下钢球-玻璃盘接触副形成的弹流油膜进行了试验研究.在试验中,通过调节接触副与玻璃盘旋转中心的距离即偏心距来获得不同程度的自旋分量.试验结果表明,纯滚条件下两侧缘处相等的最小油膜厚度由于自旋分量的引入不再相等,较小的最小膜厚具有较大的速度指数.侧缘处最小膜厚的速度指数大于中心膜厚的速度指数.随自旋的增加,油膜形状的非对称性增加,最小油膜厚度减小.随载荷和滚动速度的增加,自旋引起的油膜形状的非对称性增强.     

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。     

椭圆接触纯自旋问题的弹流润滑数值分析

研究了椭圆接触纯自旋问题的等温弹流润滑,用多重网格法求得了完全数值解,研究了速度、载荷、椭圆比和计算区域对压力和膜厚的影响。结果表明,在轻载、高速、大椭圆比条件下,椭圆接触的纯自旋运动可产生润滑膜,油膜的形状和压力分布都和经典弹流润滑截然不同;椭球的自旋速度、载荷、椭圆比以及承载域的大小都对压力和膜厚有很大的影响。     

纯滑动椭圆接触条件下急停对弹流润滑表面凹陷现象的影响

在光干涉滚子-盘试验机上,研究在纯滑动椭圆接触条件下急停对弹流润滑表面凹陷现象的影响,通过改变载荷与速度的大小,观察"温度-黏度楔"凹陷油膜在急停过程中向挤压凹陷油膜的转化情况,并使用双光干涉图像处理软件对油膜中截面膜厚进行测量。实验结果表明:载荷增加时,"温度-黏度楔"凹陷出现的时间与凹陷到达接触区中心的时间均缩短;当速度不同时,急停过程中"温度-黏度楔"凹陷的产生时间不同,但都会向接触区中心移动;随稳态速度的增加,在速度急剧降低为0的阶段,初始油膜厚度高,油膜厚度下降较快;在速度为0的恒载荷纯挤压阶段,油膜厚度下降较慢。     

变速点、线接触副弹流润滑油膜的观测

应用光干涉方法,在自制的光弹流试验机上分别对纯滚动条件下点接触和线接触形成的弹流油膜进行变卷吸速度实验,并进行油膜测量。结果表明,在卷吸速度为零时都有封油现象的出现。随着卷吸速度的增加,油膜厚度增加,点接触形成的弹流油膜具有典型的马蹄形特征,线接触形成的弹流油膜在接触区端部有类似点接触的马蹄形收缩。要达到同样的最大赫兹接触压力,施加在线接触实验上的载荷要比施加在点接触实验上的载荷大40倍左右。     

Thermal elastohydrodynamic lubrication of starved elliptical contacts

For the starved thermal elastohydrodynamic lubrication in elliptical contacts, a numerical solver based on the multi-grid technique was developed and numerical solutions were achieved. The influences of the thickness of oil-supply layer, elliptical ratio, entrainment velocity, slide-roll ratio, and the maximum Hertzian pressure on the lubrication behaviour were investigated. The thermal solutions were compared with isothermal solutions. The numerical results show that, for an oil-starved contact, the central and minimum film thicknesses predicted by both thermal and isothermal solutions change at the same trend as the thickness of the oil-supply layer increases. That is, as the thickness of the oil-supply layer increases, in the beginning both the central and minimum film thicknesses increase rapidly, however, their increasing rates become smaller gradually, at last, when the thickness of the oil-supply layer reaches a certain value, both the central and minimum film thicknesses almost stop increasing. Such situation was called a quasi-fully flooded state in this study. It has been found that the amount of the supplied oil for the quasi-fully flooded state differs with the elliptical ratio, and the maximum amount of the supplied oil is required by a circular contact.     

自旋对角接触球轴承弹流润滑与油膜刚度的影响

根据角接触球轴承自旋运动特征,同时考虑弹流润滑效应,建立角接触球轴承考虑自旋运动的弹流润滑模型;采用多重网格法求解弹性变形,利用有限差分法迭代求解雷诺方程,得到较为精确的数值解;分析不同赫兹接触压力、滚道表面粗糙度下自旋对角接触球轴承弹流润滑和油膜刚度的影响。结果表明：考虑自旋时随着Hertz接触压力、自旋角速度增大,油膜厚度减小,油膜压力增大,油膜承压区域呈细长状,并向接触中心靠近;随着滚道表面粗糙度幅值增大,油膜压力和膜厚均出现了波动,且考虑自旋运动时,轴承油膜厚度明显减小,油膜局部压力峰值更大;随着卷吸速度、润滑油黏度增大,油膜刚度减小,而考虑自旋运动时油膜刚度值更大;随着自旋角速度增大,油膜刚度逐渐增大。     

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。     

润滑油黏度和接触椭圆比对纯挤压热弹流润滑的影响

采用数值方法研究润滑油环境黏度和接触椭圆比对纯挤压热弹流油膜特性的影响。结果显示:随着黏度的降低,冲击-反弹总时间延长,中心压力峰值降低,第二压力峰变矮;与此对应的中心膜厚降低,中心温升也降低。随椭圆比的增加,冲击-反弹时间缩短,中心压力曲线的主峰和第二压力峰逐渐融合,压力幅值降低;中心膜厚则先增加后降低,最小膜厚则逐渐增加。与中心压力曲线的分布类似,中心温度的第二峰和主峰也逐渐融合,总体温升降低。     

表面凹槽对滚子链套筒-销轴摩擦副热弹流润滑影响的数值模拟

以工业滚子链为工程背景,研究表面沟槽对套筒-销轴铰链副在充分供油条件下的热弹流润滑问题的影响。分析基于长椭圆接触假设,建立稳态热弹流润滑的数学模型,采用纵向和横向2种凹槽的表面织构形式。结果表明:在椭圆接触区长轴两端布置2个对称的纵向凹槽时,可以起到储油的作用,增加局部油膜厚度;在椭圆接触区长轴两端各布置3个对称的横向凹槽时,会引起油膜厚度、压力与温度的急剧变化,增加了动压效应。在接触区端部设置横向凹槽的效果要好于设置纵向凹槽。     

Numerical simulation of elastohydrodynamic lubrication for an elliptical contact

An elastohydrodynamic problem on elliptical contact is formulated and numerically solved. The mathematical model is described by a system of integro-differential equations and inequalities with boundary conditions. The direction of the rolling velocity vector with respect to the axes of the ellipse has a marked influence on the distribution of pressure and the lubricating film thickness in the contact area. The elastohydrodynamic contact parameters are determined depending on the compression force applied thereto. These results are useful for analyzing processes occurring in lubricated concentrated contacts.     

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。     

具有中央凸起的点接触弹流润滑特性研究

建立具有中央凸起的点接触弹流润滑控制方程,并采用多重网格法及多重网格积分法进行数值求解;比较有凸起表面和光滑表面下的压力及膜厚曲线,讨论载荷及卷吸速度对压力分布及油膜形状的影响。结果表明：具有中央凸起时在接触中心附近,压力经历了急剧升高、骤然下降、再升高的一个波动过程;最小膜厚出现在接触中心,且接触中心前面产生了一个凹陷;增大卷吸速度或减小载荷都使得膜厚曲线整体升高,最小膜厚随着卷吸速度的增大而增大,载荷几乎不影响最小膜厚;载荷增大使得最大压力增大,但中心局部压力波动范围变化很小;增大卷吸速度使得最大压力和中心局部压力波动范围都减小。     

Approaching Mixed Elastohydrodynamic Lubrication of Smooth Journal-Bearing Systems with Low Rotating Speed

When a conformal interface is under low velocity and heavy load conditions, solid contact (or dry contact) may occur even in a system with smooth surfaces. This paper presents two approaches for solving steady-state and transient mixed elastohydrodynamic lubrication problems of journal bearings with smooth surfaces under low rotating speed. The first approach uses the reduced Reynolds equation with a combined finite element–backward finite difference scheme and the second applies a zero film thickness equation to describe the mechanical behavior of mating surfaces at solid contact points. The major advantages of these two approaches are (1) no division of the solution domain into a lubricated area and a solid contact area is necessary and (2) the solid contact pressure, lubricant pressure, and eccentricity ratio can be solved simultaneously. Numerical examples are presented for the application of these approaches. For the steady-state cases under low velocity studied in this work, pressure distributions approach those found in a dry contact state. This comparison confirms that the contact treatments are proper. Moreover, a transient case under sinusoidal loading was analyzed with these two approaches, and the results showed good agreement. This comparison further supports the use of these approaches.