乏油工况下圆柱滚子线接触弹流润滑分析

建立了圆柱滚子在乏油工况下的线接触弹流润滑模型，并运用多重网格法计算得到线接触弹流润滑的压力和膜厚分布，研究乏油工况下供油膜厚、黏度等参数变化对弹流润滑特性的影响。模拟结果表明：增加供油膜厚，弹流润滑的膜厚增大且伴有颈缩现象，润滑压力在接触区近似为Hertz分布；黏度对压力影响较小，但对油膜厚度影响较大，随着黏度增加，油膜厚度减小；随着乏油情况的改善，接触区润滑膜厚增大，压力出现二次峰值，但供油量达到一定程度后润滑效果不再增强。     

线接触部分弹性流体动力润滑的研究

本文获得了中轻载及重载工况下粗糙表面间的等温部分弹流线接触问题的完全数值解,求得了在有表面粗糙影响的条件下,线接触润滑的流体动压力和粗糙度接触压力、油膜厚度以及接触载荷,并且研究了粗糙度及其纹理方向对线接触弹流润滑中的接触载荷、中心膜厚、最小膜厚以及二次压力峰的大小和位置的影响,同时也研究了部分弹流润滑条件下,各种工况参数变化对润滑性态的影响。     

载荷冲击时歪斜滚子副的动态润滑问题研究

考虑常温条件下轴承歪斜状态时,滚子副在载荷冲击工况下的瞬时动态润滑问题,分析载荷冲击及歪斜角对滚子副动态润滑的影响。结果表明：膜厚及压力的变化很大程度上取决于油膜的分散与聚拢运动,负荷突增会导致油压陡增、聚拢运动强化、膜厚减薄、油膜接触区扩张;载荷冲击时,与未歪斜时轴承滚子的膜厚和压力相比,歪斜后轴承滚子压力的最大峰值随时间推移明显增大,最小膜厚的变化幅度增大;实际工况下多数时刻,歪斜滚子副的最小膜厚变得更薄,最小膜厚处为滚子端部。     

表面划痕对滚子副润滑状态的影响

基于试验中观察到的滚子表面划痕现象,采用数值方法研究了不同供油条件下,划痕对滚子副润滑性能的影响,并与已有试验进行了比较,讨论了划痕长度和深度的影响.结果表明,划痕会影响滚子副的油膜压力和厚度,使得划痕中心油膜压力减小,膜厚增加;同时,划痕边缘处油膜压力增大,膜厚减小.供油层厚度越小,即乏油程度越严重,划痕边缘处的油膜压力及其梯度越大,膜厚越小.划痕越长,划痕越深,划痕中心的油膜压力越低,而膜厚越大.因此,划痕虽增大了滚子副划痕中心的膜厚,降低其压力,但同时增大了划痕附近的压力,减小了膜厚,在乏油条件下尤其如此,因此,划痕会加速滚子副的局部磨损.     

高速高比压织构滑动轴承热弹流润滑分析

齿轮传动涡扇发动机(geared turbo fan engine,GTF)的星型齿轮传动系统使用滑动轴承作为支承。GTF滑动轴承在高速高比压工况下工作,油膜压力较大,导致轴承会发生弹性变形。考虑滑动轴承的弹性变形以及润滑油温黏效应等的影响,基于计算流体动力学方法建立了高速高比压织构滑动轴承的三维热弹流润滑分析模型,研究了考虑弹性变形影响的织构滑动轴承热流体润滑性能,并对比了织构滑动轴承和无织构滑动轴承的热弹流润滑性能。结果表明:考虑弹性变形的影响后,在相同大偏心率工况下织构滑动轴承的最大油膜压力、承载力和最大油膜温度均会明显降低,周向承载区域明显扩大,且温度和油膜压力在圆周方向上的变化也更加平缓;对比织构滑动轴承和无织构滑动轴承,两者的最大油膜压力、承载力、最大油膜温升和摩擦系数无明显差异,但油膜承载区的弹性变形有明显减小。     

层流紊流共存时径向滑动轴承热流体润滑性能分析

研究了无限宽动压径向滑动轴承油膜中层流、紊流2种流态共存和热效应对轴承特性的影响.在考虑油膜中同时存在层、紊流2种流态的条件下,对雷诺方程、能量方程和黏温方程联立求解,得到油膜压力分布、温度分布、黏度分布、承载力、摩擦力等特性参数,并将某工况下混合流态时油膜特性结果与单一层流流态时的结果进行比较.结果表明,在绝热条件下,与单一层流流态相比,混合流态下油膜承载力、摩擦力较大,温升较高,黏度变化较大;热效应使轴承承载力明显下降.     

定制边界滑移平行轴承的挤压效应

作者最近提出了一种利用滑块入口处的壁面滑移产生流体动压的新型轴承．笔者针对该类新轴承的油膜挤压问题,提出了基于滑移临界剪应力的数学模型,并给出了解析解．结果显示压力分布为分段光滑的抛物线,在滑移／非滑移边界,存在不连续的压力梯度．不同参数条件下的计算给出了不同的压力分布和壁面滑移类型．结果显示,对于代表滑块非浸润区长度的参数xt,最大压力并不总是随参数xt的减小而减小．存在一个参数xt的区间,在该区间内最大压力不变．与经典的挤压膜轴承类似,压力随膜厚的增加或趋进速度的减小而减小．笔者还发现临界剪应力的对挤压效应有重要的影响,揭示了此类新型轴承的一些内在的特性．     

改进的湿式离合器带排转矩模型

基于表面张力和表面波度以及摩擦副不平行度的影响,建立了改进的湿式离合器带排转矩模型。推导了考虑表面张力和表面湿润的摩擦副径向压力分布方程,同时推导了摩擦副不平行度和表面波度影响下的油膜厚度。通过计算研究发现:表面张力、摩擦副不平行度和表面波度均使离合器带排转矩增大,而且不平行程度越大,带排转矩增加越快,而表面波度对带排转矩的影响较小。将改进的模型与原模型和试验数据进行了对比,验证了改进模型的有效性。     

基于热弹流的滤波减速器转臂轴承润滑性能分析

由于载荷、接触几何、粗糙表面、热效应等因素的影响,分析不同工作条件下滤波减速器转臂轴承工作界面润滑状态较为困难,为了研究转臂轴承润滑性能,本文建立了转臂轴承的热弹流混合润滑模型。以静力学和运动学建立滤波减速器转臂轴承(球滚动体-滚动轴承）力学模型,结合点接触热弹流混合润滑理论建立轴承热弹流润滑模型,使用离散卷积快速傅里叶变换方法求解弹性变形和表面温升,使用有限差分法求解雷诺方程和能量方程,分析轴承接触副物理尺寸、载荷、卷吸速度和接触副粗糙表面等外部工况对轴承润滑特性以及表面下应力的影响。从数值模拟结果中可以看出：较大滚动体半径有益于轴承润滑油膜形成,提高轴承的承载能力;不同的机械加工表面下接触副平均膜厚和温度随转速和滑滚比变化趋势相同;轴承接触副润滑状态从混合润滑进入全膜润滑状态,油膜内最大温升先减小后增大;提高机械加工表面光洁度有利于提高转臂轴承润滑状态,减小最大表面下应力,提高表面接触强度。本文建立的转臂轴承热弹流混合润滑模型可以模拟接触和流体动压润滑同时存在的混合润滑状态,可以反映转臂轴承在各种工作条件下润滑性能,可以进一步判断其工作效率和使用寿命。     

混合流态下短径向滑动轴承热流体润滑特性研究

以高速短径向滑动轴承为研究对象,研究混合流态下采用不同温黏模型时轴承静态特性的变化。考虑油膜中同时存在层流和紊流两种流态,基于两种温黏模型,联立求解雷诺方程、能量方程,分析油膜中流态变化,得到压力分布、承载力、摩擦力和最大温度等特性参数,并将某工况下混合流态时油膜特性与等黏度模型和单一层流流态时的结果进行比较。结果表明:基于不同温黏模型时油膜内流态分布明显不同;与等黏度模型相比,变黏度模型承载力和温升明显下降;与单一层流流态相比,混合流态下油膜承载力和摩擦力均较大。     

具有半球形凹坑表面的滑动轴承润滑分析

具有非光滑表面的滑动轴承具有一些独特的性质,适当的表面凹坑对径向滑动轴承的润滑性能可能有一定的改善作用。为研究球形凹坑对径向滑动轴承润滑特性的影响,本文建立了具有不同形式球形凹坑的径向滑动轴承润滑分析的数学模型。利用有限差分法进行求解,得到径向滑动轴承的油膜压力与承载力,并研究凹坑的个数、尺寸、分布规律及凹坑深度对径向滑动轴承的润滑特性的影响。计算结果表明:与光滑面相比,在充分润滑状态及轴承几何运动参数不变情况下,合理的凹坑个数、尺寸参数、分布形式及凹坑深度对提高径向滑动轴承的油膜压力及承载能力具有一定的改善作用。     

任意卷吸速度矢量点接触摩擦系数简化计算方法

针对弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动的空间点接触摩擦系数求解复杂问题,考虑油膜入口区温升与中心油膜厚度以及接触区温升与摩擦系数间的耦合关系,提出任意卷吸速度矢量点接触的摩擦系数简化计算方法. 基于所提方法分析在不同工况下的点接触中心油膜厚度和摩擦系数,并将油膜厚度和摩擦系数与文献实验数据进行对比. 结果表明：在高速工况下,入口区温升和接触区温升显著,忽略温升影响将使油膜厚度和摩擦系数预测结果偏大;卷吸速度夹角对油膜厚度影响较大,对摩擦系数影响相对较小;在任意卷吸速度夹角工况下,点接触油膜厚度和摩擦系数预测结果与文献实验结果一致,验证摩擦系数简化计算方法的可靠性.     

极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

极端工况条件下静压支承运行过程中的极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得,为解决此技术难题,设计一种新型油垫可倾式静压支承结构,形成静动压混合推力轴承,提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承,建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征,求得摩擦副热力耦合变形,获取三维油膜形貌,判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置,获得油膜厚度状态,验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明：极端工况下该结构润滑效果大大改善,轻载高速时热变形起主导作用,油膜厚度差异较大。低速重载时力变形占主导地位,油膜较平滑。油腔外侧封油边交角处变形最大,此处油膜最薄,易发生摩擦学失效。     

加速寿命过程的湿式摩擦副滑摩温升特性

为更深层次地探究湿式摩擦副滑摩温度场变化规律和失效机理,引入平均温升速率、最大径向温差、径向温度不均匀系数和径向温度偏移系数4个评价指标,建立湿式摩擦副滑摩温升特性评价体系.基于摩擦元件的实际工况,设计加速寿命试验,根据摩擦因数变化规律和最大径向温差划分了滑摩特性的不同阶段.建立温升特性评价体系,研究磨合期、稳定期和失稳期的滑摩温升特性变化规律,分析滑摩稳定期转速差、净面压和单位面积润滑流量对温升特性的影响规律,探究滑摩失稳期湿式摩擦副失效预警信息.研究结果表明:建立的湿式摩擦副滑摩温升特性评价体系可以有效评判滑摩温升特性的优良与否和变化情况;摩擦因数和最大径向温差可以作为摩擦片磨合状态判别依据;相比其他因素,净面压对稳定期滑摩温升特性的影响最为显著;失稳期的径向总体温升速率有一定升高,径向温度差异性变大,径向散热差异性显著升高.     

球磨机静压轴承油膜温度场数值模拟与分析

针对球磨机静压轴承经常发生烧瓦现象,基于热传导理论,对静压轴承油膜建立数值分析模型,并利用有限元分析软件ANSYS,得到了油膜温度场分布。研究表明：三维数值模拟分析可以揭示轴瓦面油膜温度分布,解决实际工程中由于油膜很薄导致静压轴承内部温度场无法直接测量获得的问题。油膜产生温升主要是受到剪切及系统发热造成,使得油液粘度变小,从而造成油膜的刚度和承载力等性能的改变。温度峰值区出现在靠近油膜边界处,为防止温升过高,可采取风冷、降低轴瓦比压等措施。分析结果对深入研究静压轴承运行过程中油膜的动态变化和传热机理、优化设计方案具有十分重要意义。     

大型低速重载径向动压轴承研究

为了开发大型贯流式水轮发电机组径向轴承，在试验台上采用了φ360的模型轴承对φ1740可倾6瓦块原型轴承进行模拟试验研究，最高试验比压3．37MPa、最低线速度3．77m／s、最高线速度22．62m／s。试验表明：载荷、进油压力、转速、进油温度和安装间隙比等，对轴承油温升、油流量、功耗、瓦温及油膜厚度等都存在不同程度的影响，其中载荷和转速的影响比较显。按照模型轴承指导设计的红岩子机组书φ1740轴承已在电站可靠运行，同时开发了径向轴承热弹流计算程序，可以预测径向轴承的油膜压力、油膜温度、油膜厚度、损耗、流量等参数。     

Experimental Investigation on the Bush Inner Surface Temperature of a High Speed Spiral Oil Wedge Sleeve Bearing

The temperature of bush inner surface temperature is measured by using infrared thermometer and transparent bearing, and temperature rise is measured by using thermocouple. The influence of rotating speed and axial location on the bush inner surface temperature is studied, and the influence of supply pressure and rotating speed on the temperature rise is analyzed. The results show the bush inner surface temperature and temperature rise of spiral oil wedge hydrodynamic bearing increase with the increase of rotation speed. In axial direction, the temperature is higher around the oil return hole. The temperature rise decreases with the increase of supply pressure. The highest temperature of bush inner surface and temperature rise are higher at higher speed, so the temperature rise is the fundamental reason which restricts the increase of rotation speed for high speed sleeve bearing.     

高速重载静压推力轴承温度场速度特性

针对重型立式数控装备中所用的大尺寸静压推力轴承的润滑问题,建立了模拟静压推力轴承本体及间隙油膜三维流动的数学模型及边界条件,采用ICEMCFD软件对环形腔的静压推力轴承内部流体温度场进行仿真模拟,获得了旋转速度和间隙油膜温度的关系,得到了其温度场的分布规律.结果表明:间隙油膜温度随着工作台旋转速度增加而增加,最高温度出现在半径内侧与外侧封油边和油腔形成的阶梯附近,最低温度出现在回油槽处.     

A comparative study of surface waviness models for predicting vibrations of a ball bearing

Surface waviness models utilized to describe the excitation events in the ball bearings(BABs) play an important role in predicting the vibrations of the ball bearing systems. This work proposes a comparative study on the most relevant existing surface waviness models. One model is named as time-varying displacement(TVD) model, which can only describe the time-varying displacement excitation(TDIE). Another model is named as TVDS model, which can describe the TDIE and time-varying contact stiffness coefficient excitation(TCSE). The influences of the wave number, maximum amplitude, nonuniform distribution on the contact stiffness coefficients are studied, as well as vibrations of the BAB. The comparative results demonstrate that the time-varying displacement and stiffness(TVDS) model can provide a more accurate impulses caused by the uniform and nonuniform surface waviness on the races of the BABs. It also seems that the surface waviness distribution has a significantly influence on vibrations of the BABs.