船用柴油机凸轮动态摩擦学分析及型线优化设计*

柴油机配气凸轮工作环境较为恶劣,工作过程中配合界面间载荷、速度及曲率半径等工况周期性变化,导致润滑接触条件苛刻,磨损情况恶劣。以某船用柴油机配气凸轮机构典型工况为算例,针对凸轮-挺柱常见的磨损问题,研究凸轮-挺柱动态接触特性;采用余弦-等速段和高次五项式对凸轮型线进行优化设计,并对凸轮-挺柱副动态接触及弹流润滑状态进行数值分析。结果表明:原凸轮磨损的原因是凸轮-挺柱副在运动周期内动态接触应力出现明显波动,最大值超过许用应力值;经型线优化设计后,凸轮-挺柱动态接触应力降到许用值以下,改善了动态接触特性,凸轮型线具有较好的润滑特性,运行过程中可保持较稳定的油膜润滑状态;凸轮转速和接触载荷的改变会直接影响凸轮-挺柱的润滑状态,尤其是随凸轮转速增大,润滑膜厚增大,压力减小,润滑接触状态明显改善。     

恒流量泵凸轮副润滑

本文依据弹流润滑理论,对胜利油田三次采油注聚合物用恒流量三缸往复泵凸轮副润滑状态进行了分析。凸轮副的卷吸速度是凸轮面绝对速度与接触点相对移动速度的组合。在纯滚动时凸轮副推程区的最小油膜厚度为1.63μm,纯滑动时最小油膜厚度为0.93μm。凸轮副膜厚比小于1,凸轮副的润滑状态为边界润滑,使凸轮表面易产生粘着效应和犁沟效应。最后根据膜厚比λ＞ 1．5对润滑油的性能和凸轮副的加工提出了要求。     

凸轮机构混合弹流润滑特性分析

针对凸轮机构在混合弹流润滑状态下容易过早形成胶合和磨损等问题,对处于混合弹流润滑状态下的凸轮机构润滑特性进行研究。基于载荷分担思想,联立凸轮机构参数方程和弹流润滑理论方程,采用数值解法对凸轮机构推程中的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比进行求解,得到6种运动规律凸轮机构的摩擦因数、膜厚和油膜承载占比随凸轮转动的变化曲线,并探究基圆半径、当量弹性模量和转速对凸轮机构混合润滑特性的影响。研究结果表明:增大基圆半径和转速有利于降低推程中的摩擦因数,且使膜厚和油膜承载占比增大,从而有利于改善润滑状况;增大当量弹性模量对推程膜厚影响不大,但会增大摩擦因数,使油膜承载占比减小,从而不利于润滑状况的改善。     

内燃机排气凸轮/挺柱机构的瞬态热弹性流体动力润滑研究

在对内燃机排气凸轮/挺柱机构进行运动学和动力学分析的基础上,采用多重网格法和多重网格积分技术对该摩擦副进行了热弹性流体动力润滑研究。结果表明:凸轮的一个旋转周期内的不同瞬时摩擦副的润滑状况存在显著的差别,压力、膜厚等相关参数都表现出剧烈的变化;最小膜厚和最高接触压力出现在凸轮挑尖处;卷吸速度为零的2个工作点之间是凸轮-挺柱润滑的危险区;摩擦造成的润滑油温升超过40℃。     

线接触非稳态弹流润滑的完全数值解及其应用研究

本文提出了Nowton-Raphson迭代与低松驰迭低联合求解一般非稳态弹流问题的数值方法。该方法参数范围广,收敛速度快。通过对各种非稳态弹流润滑过程的数值模拟,阐明了一些非稳态弹流润滑的特征,发现了压力“双峰”现象。最后,本文针对凸轮－挺柱副非稳态弹流润滑问题的实例,进行了完全数值模拟,获得了成功。     

磁流体润滑机床主轴滑动轴承弹流润滑分析

建立磁流体润滑机床主轴滑动轴承的弹流润滑模型,并进行弹流润滑数值模拟分析.探讨载荷和速度对磁流体润滑膜压力和膜厚的影响.分析结果表明:在磁流体润滑条件下,当转速不变时,压力峰值随着载荷的增大而增大,入口区压力、膜厚及最小膜厚随载荷的增大而减小;当载荷不变时,压力随着速度的增加没有明显变化,膜厚及最小膜厚都随速度增大而增加.     

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。     

凸轮弹性流体动力润滑油膜厚度计算的新方法

本文先给出了全膜线接触弹流膜厚计算的统一公式，应用弹性流体动力润滑理论，探讨了凸轮油膜厚度的计算方法，利用MATLAB软件编制的程序可计算凸轮弹性流体润滑油膜厚度，凸轮膜厚比λ，从而能判断摩擦副之间的润滑状态，并对判断凸轮表面损伤坏形式，减少两接触表面的磨损，凸轮参数优化设计和使用寿命预测等具有重要意义。     

变位齿轮齿条传动的热弹流润滑分析

建立了齿轮齿条传动的热弹流润滑模型,考虑齿轮热效应和正负变位齿轮沿啮合线在不同啮合点的综合曲率半径变化、卷吸速度的变化和单双齿啮合引起的载荷变化,分析齿轮齿条传动机构在不同瞬时、载荷随时间变化的非稳态弹流润滑数值解。讨论了变位系数对齿轮齿条弹流润滑油膜压力和膜厚的影响并分析了正变位和负变位对中心膜厚和最小膜厚的影响规律。结果表明,正变位可以降低油膜压力,增加膜厚,改善齿轮齿条机构的润滑状态;负变位使油膜压力升高,膜厚变薄。因此,设计齿轮齿条传动机构时,在符合要求的前提下,应尽量选择正变位齿轮,避免选择负变位齿轮。     

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。     

偏心凸轮副时变乏油润滑数值分析

为研究乏油条件下偏心凸轮副的润滑状态,基于凸轮-挺杆机构建立时变乏油润滑模型,探究一个周期内6个典型瞬时(60°、120°、180°、240°、300°、360°)的压力和油膜厚度变化规律,并分析不同凸轮旋转角度下转速、初始载荷和润滑油黏度等参数对接触区润滑状态的影响。结果表明：当凸轮转至180°时,膜厚最小,压力最大,乏油状况最严重;限量供油下最小膜厚出现在凸轮转角为180°时,但是凸轮转角为0°时乏油速度最快,乏油程度更深;增大凸轮旋转速度时乏油速度更快,乏油程度更深;相同供油条件下,润滑油黏度越高使得接触区乏油情况越严重,乏油速度更快,乏油程度更深;载荷对接触区的润滑状态的影响较小,只在凸轮转角为0°接触区卷吸速度最大时,能够体现出载荷对接触区润滑状态的影响。     

内燃机凸轮-滚轮型接触副弹流润滑分析

基于某内燃机凸轮-滚轮型机构,建立相应的接触副弹流润滑数值模型,得到凸轮旋转周期内运动副的完整润滑状态,并分析滚轮凸度、润滑油黏度及凸轮-滚轮间打滑现象的影响。结果表明：一个周期内,凸轮-滚轮接触副的润滑状态可分为波动期和平稳期,与凸轮升程的改变规律相对应;滚轮凸度会影响接触副的润滑状态,且接触区压力分布对其十分敏感;提高润滑油黏度在一定程度上可以起到优化接触区压力分布,改善润滑状态的效果;凸轮-滚轮间打滑现象则会降低接触区成膜厚度,尤其是对润滑油温升和摩擦因数的影响更为显著。     

Starved Grease Lubrication of Rolling Contacts

Many grease lubricated roller bearings operate in the starved elastohydrodynamic (EHL) regime where there is a limited supply of lubricant to the contact (1). Under these conditions the film thickness drops to a fraction of the fully flooded value (2) and, thus, it is difficult to predict lubrication performance, or bearing life, from conventional EHL models. In this regime film thickness depends on the ability of the grease to replenish the track rather than the usual EHL considerations. The conventional view of grease lubrication is that base oil bleeds from the bulk reservoir close to the track, replenishing the inlet and forming a fluid EHL film (3). Resupply, under starved conditions, will thus depend on both operating conditions and grease parameters. The aim of this paper is to evaluate the influence of these parameters on starved lubrication in a rolling contact. Starved film thickness has been measured for a series of greases and the results have been compared to the fully flooded values. These show that the degree of starvation increases with increasing rolling speed, base oil viscosity and thickener content but decreases at higher temperatures. In many cases an increase in absolute film thickness is obtained when moving from high viscosity base oil to a low one, this result is the reverse of normally accepted EHL rules. Taking the fully flooded film thickness as a guide to lubrication performance is therefore not valid as grease film thickness in the starved regime is determined by local replenishment rather than bulk rheological properties.     

弧面分度凸轮机构分度期润滑状态及油膜研究

以弧面分度凸轮机构为研究对象,研究弧面分度凸轮机构在分度期啮合过程中的润滑状态及产生的弹流润滑油膜厚度。利用空间包络面共轭原理和旋转变量法建立机构的数学模型,根据Hamrock-Dowson最小油膜计算公式,分析得出机构稳态工况下卷吸速度、诱导主曲率以及接触应力是影响润滑油膜形成的关键因素。通过空间共轭原理提出机构接触应力的新算法并进行可行性验证。对不同转速下机构的接触应力、油膜厚度和膜厚比进行仿真。结果表明,机构低速传动过程中,啮入段和啮出段极难形成弹流润滑油膜,为优化机构润滑性能提供了理论依据。     

ELASTOHYDRODYNAMIC LUBRICATION OF LOGARITHMIC PROFILE ROLLER CONTACTS

0 INTRODUCTIONThe profiled roller contacts are widely used inheavy radial load and high rotational speed conditionsfOr overcoming the problems of edge effects caused bytheir finite length and by misal ig nment. E x tensivemathematical analyses['] and computer ..lc.lati...[2Jhave shown that the most favorable effect in respectof edge stress reduction is obtained when thegeneratrix of roller contacts corresPOnds to a certainlogarithmic function. But the theoretical basis of theseodculatbo …     

Transient elastohydrodynamic lubrication film thickness in sliding and rolling line contacts

The contact behavior between cam and follower is greatly influenced by the kinematics and dynamics of the whole valve train system. This is the reason that both shape and thickness of the fluid film in the contact gap are mainly determined by applied loads and relative contact speeds as well as the curvatures of contacting elements. Most of the studies about lubricant film behavior between cam and follower have been performed without a consideration of transient effects in the contact gap. For the computational difficulties of transient effects, most contact conditions such as relative contacting speeds have been regarded as quasi-steady state during the whole operating cycle. In this work, in order to obtain stable convergence, a multigrid multi-level method is used for the computation of load capacity in the lubricant film. Nonlinear valve spring dynamics are also considered in the same way as Hanachi’s. From the computational results, transient EHL film thicknesses under the conditions of different contact geometries are computed for a pushrod type valve train system during an engine cycle. Several results show the squeeze film effect, which is generally not found with conventional EHL computations of the cam and follower contact. The results are also compared with those by the Dowson-Hamrock (D-H) formula, which does not consider the dynamic film effect. Without the dynamic film effect as in D-H’s formula, the minimum film thickness is highly dependent on the entraining lubricant velocity, whereas the minimum film thickness including the squeeze film effect is dependent on the applied load.     

点接触弹流润滑供油条件退化的乏油分析

在点接触弹流润滑中,如果不能及时补充新油,则接触区的供油条件会随着润滑次数而退化。分析了供油油膜厚度、中心膜厚、最小膜厚和润滑油膜压力区形成位置与润滑次数的关系。结果表明:润滑开始时,由于供油油膜厚度较大,系统处于充分供油状态;随着润滑次数的增加,有一部分油从两侧泄漏,系统逐渐转到乏油状态,供油油膜厚度、中心膜厚和最小膜厚均逐渐变小,压力区形成位置则逐渐向Hertz接触区靠近;最终供油油膜厚度、中心膜厚和最小膜厚趋于定值,压力区趋于Hertz接触区,从而达到一种稳定乏油状态。     

离心脱开型超越离合器弹流润滑分析

离心脱开型超越离合器是航空传动系统中的重要部件,具有低速楔合传动、高速离心脱开的特性,使离合器在不同工作模式下接触载荷与转速呈不同的关系,因此需针对不同工况下离心脱开型超越离合器弹流润滑性能进行分析.建立离心脱开型超越离合器弹流润滑模型,采用多重网格分析方法进行数值求解,分析进油温度与速度对超越离合器弹流润滑性能的影响...     

滚动轴承弹流油膜测试仪的研制与应用

利用阻容振荡原理,通过电路参数优化,研制出一台滚动轴承弹流油膜厚度测试仪。仪器的分辨率为３．５Ｈｚ／ｐＦ,测量范围为０￣２．２ｎＦ。仪器在全膜弹流润滑时可定量测量弹流膜厚;在部分膜时可根据振荡波形分析非金属时间接触率。利用仪器实测某惯性轮轴承的弹流油膜厚度,并考虑热和乏油的影响,对轴承的弹流油膜厚度进行理论计算,实测结果与理论计算结果基本一致。