考虑热弹性变形的角接触球轴承微观热弹流分析

运用点接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的角接触球轴承中滚珠和内圈接触表面的热弹性变形和表面随机粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和随机粗糙度影响的角接触球轴承热弹性流体动压润滑分析方法.该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚珠和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚珠和内圈表面因油膜温度场变化引起的热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及热弹性变形等主要润滑特性,研究了内圈转速、滑滚比和滚珠数量的变化对油膜厚度和油膜压力的影响规律,结果表明:最大热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,并且内圈转速、滑滚比和滚珠数量的变化对油膜厚度和压力会产生明显的影响.进一步对比分析了几种算法下的最小膜厚,验证了计入热弹性变形的数值算法的可行性.     

吸附膜对热混合润滑性能的影响

为了研究吸附膜的计入对热混合润滑性能的影响,基于平均流量模型,建立考虑吸附膜的非牛顿流体圆接触热混合润滑模型,分析吸附膜的影响,结果表明：表征吸附膜热失效机理的主要参数是油膜中层温度和吸附膜2表面温度;吸附膜对压力分布影响较小,但使油膜厚度减小;存在合适的吸附膜厚度,吸附膜厚度的最优值为100 nm;吸附膜会减小膜厚比、增大载荷比,且吸附膜越厚,膜厚比越小,载荷比越大,这表明吸附膜加重了两表面的接触,但减小了摩擦系数,起到较好的减摩作用.     

润滑状态下球-盘点接触摩擦副的低速轻载滑滚特性研究

选用镀Cr膜的玻璃盘和GCr15球作为摩擦副,在NGY-6纳米润滑膜测量仪上开展球-盘点接触摩擦副在润滑状态下的低速轻载滑滚特性试验,研究不同接触应力、钢球转速、滑滚比等参数对摩擦副的摩擦系数及对应油膜厚度的影响规律.结果表明:当接触应力和钢球转速一定时,摩擦系数随滑滚比的增大逐渐增加后达到稳定状态,当滑滚比较大时,滑滚比的变化对油膜厚度几乎没有影响;当滑滚比一定时,摩擦系数随接触应力的增大逐渐增大,随钢球转速的增大逐渐减小,油膜厚度随接触应力的增大逐渐减小,随钢球转速的增大逐渐增大.摩擦副在弹流润滑状态下,摩擦系数的增加幅度随接触应力的变化较小,而在薄膜润滑状态下,其增加幅度变大.摩擦副在薄膜润滑状态下,当滑滚比在0.10~0.50变化时,摩擦系数和油膜厚度基本处于稳定状态.     

考虑界面粗糙度动态变化的点接触弹流润滑特性研究

针对点接触弹流润滑的粗糙度效应,建立了考虑表面粗糙度动态变化的点接触弹流润滑模型,实现了油膜厚度和压力分布的快速求解. 对点接触弹流润滑下的粗糙表面弹性变形进行了定性和定量研究,同时分析了表面均方根粗糙度、载荷、相对运动速度和滑滚比对最小膜厚和最大压力的影响,以及表面形貌动态变化对膜厚比的影响. 结果表明:形貌变化改变了弹流油膜和压力分布特性,相对于光滑表面,表面粗糙度总体上提高了最大接触压力、降低了最小膜厚,在轻载工况下表面粗糙度对油膜厚度的削弱更加显著,而不同速度下粗糙度的影响程度基本相同,呈现线性变化趋势,膜厚比随载荷增大呈现先增后减的变化趋势,并在530 MPa左右达到峰值.      

球轴承启停过程的瞬态热混合润滑分析

建立了角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑了热效应和时变效应的Reynolds方程,对启动和制动过程中的球轴承瞬态热混合润滑问题进行了分析,考虑了不同加速度启动工况下的瞬态热混合润滑情况.结果表明:启动过程中,随转动速度的增大,最小膜厚增大,轴承逐渐由边界润滑进入弹流润滑状态;不同滑滚比下进入弹流润滑状态的时间有所不同,随着滑滚比的增大,进入弹流润滑的时刻有所推迟,轴承处于同一转速条件下的油膜厚度变小;随着转速的增大,油膜温度升高,最高油膜温度增长幅度减小;加速度的增大使边界润滑消失的时间提前,随着转速的增加,油膜温度增大,且在同一时刻加速度越大油膜温度越高;油膜减小过程中的挤压膜作用导致轴承制动过程中的油膜厚度大于启动过程中的油膜厚度;由于在相同转速下轴承在启动时处于边界润滑状态,而在制动时处于弹流润滑状态,润滑状态的不同导致制动过程中的最高油膜温度较启动过程较小.     

流体静压型机械密封的三维传热数学模型及端面温度分析

建立了静环倾斜时流体静压型机械密封的三维稳态传热模型,考虑流体黏度随压力、温度的变化,建立了压力、温度的控制方程,采用有限差分法,分析研究了倾斜量、结构参数及操作参数对机械密封温度分布的影响规律.结果表明,端面的最大液膜压力和最高温度随静环倾斜量的增加而增大,倾斜量越大,压黏效应越显著;端面温升受密封的结构参数、操作参数影响明显.静环端面锥角越大,温升越小;流体注入温度越低,温升越大;动环转速越高,温升越大.     

极端工况双矩形腔静压推力轴承动态特性

静压推力轴承动态特性受润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积等因素影响, 极端工况运行过程中经常承受阶跃载荷或正弦载荷作用, 突加载荷将导致静压推力轴承动态特性改变, 表现为轴承的抗冲击能力和恢复平衡所需时间的变化. 为获得高速重载微间隙极端工况条件下双矩形腔静压推力轴承动态特性, 分别在不同油膜厚度、不同润滑油黏度以及不同油腔尺寸条件下对双矩形腔静压推力轴承的动态性能进行理论分析, 探讨了阶跃载荷作用下润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积对轴承动态性能的影响, 揭示了油膜动态变化规律, 探究了正弦载荷作用下双矩形腔静压推力轴承的稳定性. 结果表明: 润滑油黏度、油膜厚度和油腔尺寸变化对其动态性能有很大的影响. 润滑油黏度越大、油膜厚度越小、油腔面积越大突加载荷作用下润滑油膜抵抗冲击的能力越强, 旋转工作台受到突加外力作用下恢复至平衡状态所用时间越短. 双矩形腔静压推力轴承油膜具有较大的阻尼系数, 轴承具有极强的抵抗正弦加载作用的能力      

自旋对界面滑移弹流油膜的影响

应用旋滑式光干涉弹流薄膜测量系统研究了自旋对界面滑移条件下玻璃盘-钢球形成的反常弹流油膜的影响,通过弹流接触副与玻璃盘旋转中心距离的调节,在弹流润滑中实现不同程度的自旋,即引入不同的旋滑比.结果表明,随着旋滑比的增加,油膜整体厚度减小,油膜形状呈现明显的非对称性,人口凹陷的深度有所减小;最小油膜厚度的速度指数随旋滑比的增加而增加;固定偏心距,随着载荷的增加,最小膜厚先增加后减小,油膜形状的非对称性增强.对上述观察到的试验现象,也进行了相应的理论解释,认为自旋引起的卷吸速度变化及气穴区的不对称是主要诱因.     

极端工况双矩形腔静压推力轴承动态特性

静压推力轴承动态特性受润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积等因素影响,极端工况运行过程中经常承受阶跃载荷或正弦载荷作用,突加载荷将导致静压推力轴承动态特性改变,表现为轴承的抗冲击能力和恢复平衡所需时间的变化.为获得高速重载微间隙极端工况条件下双矩形腔静压推力轴承动态特性,分别在不同油膜厚度、不同润滑油黏度以及不同油腔尺寸条件下对双矩形腔静压推力轴承的动态性能进行理论分析,探讨了阶跃载荷作用下润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积对轴承动态性能的影响,揭示了油膜动态变化规律,探究了正弦载荷作用下双矩形腔静压推力轴承的稳定性.结果表明:润滑油黏度、油膜厚度和油腔尺寸变化对其动态性能有很大的影响.润滑油黏度越大、油膜厚度越小、油腔面积越大突加载荷作用下润滑油膜抵抗冲击的能力越强,旋转工作台受到突加外力作用下恢复至平衡状态所用时间越短.双矩形腔静压推力轴承油膜具有较大的阻尼系数,轴承具有极强的抵抗正弦加载作用的能力.     

滚滑工况弹流反常温度场的研究

研究了弹流反常温度场的形成机理及影响因素，指出入口温升是压缩功发热和逆流剪切热所致，而出口局部低温是负压缩功吸热的结果，出口温度的再次微幅上升则是压缩功消失后剪切热作用的结果．研究结果表明，入口温升随载荷的增加而增大，随卷吸速度的增加显著升高而几乎与滑滚比无关；在高速小滑滚比工况下，接触区的最高温度有可能出现在入口位置；入口温升增加了材料在工作中经受高温的次数，对其接触疲劳寿命有不利影响；在保证润滑性能的前提下，适当减少供油量可以减小逆流，从而降低入口温升。     

表面波纹度对偏心轮-平面挺杆接触润滑性能的影响

本文采用数值分析方法研究了偏心轮-挺杆副的微热弹性流体动力润滑问题.分析中假设平面挺杆表面分布有余弦波纹,探讨了偏心距和余弦波波长对润滑油膜变化的影响.数值模拟计算结果表明:在偏心轮-挺杆副工作的一个周期里,表面波纹度的存在会导致油膜压力和温度上升.在不同的滑滚比条件下,表面波纹的弹性变形程度不同.在两表面反向运动的半个周期内,随偏心距的增加,滑滚比也增加,导致表面波纹的变形程度降低.在两表面反向运动的半个周期内,波纹的弹性变形程度受“温度-黏度楔”机理的控制.     

固液两相流体对直齿轮跑合热弹流润滑的影响

建立了含有固体颗粒的接触区弹流模型,修正了Reynolds方程,考虑了润滑油对颗粒拖曳力的影响,考虑了颗粒速度随颗粒运动位置的变化,还考虑了颗粒自旋和热效应的影响,分析了颗粒运动位置变化和自旋对压力、膜厚和温度的影响,最后对算例结果进行了比较验证.结果表明:颗粒速度随颗粒运动位置变化而变化,在接触区中心附近颗粒速度趋于稳定;颗粒位于接触区中心附近时,接触区最大温度升高明显,颗粒所在区域瞬态温升较大;当颗粒靠近两啮合轮齿表面时,最小膜厚和最大温度均有所减小;颗粒顺时针自旋对最小膜厚和最大温度影响显著,顺时针自旋和逆时针自旋对接触区瞬态温升均影响较大,颗粒所在区域温度升高明显;自旋角速度增大,最小膜厚减小,最大温度升高,颗粒所在区域瞬态温升增大.     

船用凸轮-挺柱副摩擦润滑性能研究

随着船舶柴油机功率密度和转速等性能参数的不断提升,配气凸轮-挺柱副面临着更加严苛的工作环境,尤其是界面微观接触区的摩擦学特性,在瞬态载荷冲击、速度冲击、曲率变化及局部粗糙峰接触条件下,界面摩擦及闪温迅速突变,带来磨损和胶合等表面失效问题. 本研究中基于先进三维线接触混合润滑模型,考虑凸轮-挺柱副瞬态突变工况及几何变化、瞬态表面粗糙度影响以及润滑油非牛顿流体作用,采用稳定性好、收敛速度快的准系统数值分析方法开展凸轮-挺柱副摩擦闪温分析,揭示粗糙度参数、工况改变及几何结构对其润滑状态和摩擦闪温特性的影响规律,为船舶柴油机配气凸轮-挺柱副摩擦学优化设计及磨损胶合失效预测提供理论指导.      

Transverse Vibrations of a Centrally Clamped Rotating Circular Disk

The transverse vibrations of a circular disk of uniform thickness rotatingabout its axis with constant angular velocity are analyzed. The resultsspecialized to the linear case of disks clamped at the center and free atthe periphery are in good agreement with those reported in the literature.The natural frequencies of spinning hard and floppy disks are obtained for various nodal diameters and nodal circles. Primary resonance is shown to occur at the critical rotational speed at which, in the linear analysis, the spinning disk is unable to support arbitraryspatially fixed transverse loads. Using the method of multiple scales, wedetermine a set of four nonlinear ordinary-differential equations governingthe modulation of the amplitudes and phases of two interacting modes. Thesymmetry of the system and the loading conditions are reflected in thesymmetry of the modulation equations. They are reduced to an equivalentset of two first-order equations whose equilibrium solutions aredetermined analytically. The stability characteristics of thesesolutions is studied; the qualitative behavior of the response isindependent of the mode being considered.     

预紧方式对弹流润滑下角接触球轴承内部力学特性的影响

油膜厚度预测在评估弹流润滑(EHL)下角接触球轴承的性能和耐久性方面发挥着重要的作用. 耦合拟静力学理论和自旋下椭圆接触弹流模型,以干接触角接触球轴承拟静力学分析方法为基础,建立了定压和定位预紧方式下考虑弹流润滑和钢球自旋运动的角接触球轴承的拟静力学分析模型. 采用快速傅里叶变换(FFT)计算椭圆接触的弹性变形,运用Gauss-Seidel迭代方法求解Reynolds方程,得到自旋弹流模型的完全数值解,将其代入轴承拟静力学模型中迭代,得到轴承内部接触载荷、三维接触压力及三维膜厚分布. 对采用不同预紧方式的SKF7210型角接触球轴承进行分析,结果表明:富油润滑下,当轴承转速从0增大到15 000 r/min时,定压预紧时内圈轴向位移减小17.83%,而定位预紧时内圈承受的轴向载荷增大23.17%;定压预紧方式下球与内外滚道间膜厚均略大于定位预紧. 此外,不同预紧方式下,外圈上的中心膜厚大于内圈10%. 与干接触相比,定压下考虑弹流润滑内圈上接触载荷略大0.64%.      

计入油膜惯性作用椭圆接触弹流润滑性能研究

基于计入惯性项的Navier-Stokes方程和连续性方程，建立了计入油膜惯性作用的椭圆接触弹性流体润滑模型，研究了油膜惯性对椭圆接触弹流润滑性能的影响. 弹性变形通过快速傅里叶变换(FFT)计算，而油膜压力通过复合直接迭代法求解. 数值结果表明:在计入油膜惯性作用后，润滑膜的二次压力峰增大，入口区的油膜速度减小，且逆流区范围扩大；考虑油膜惯性作用后油膜厚度有所增大，当载荷从300 N增加到700 N时，中心膜厚最大增加了5.14%. 试验结果也表明，考虑油膜惯性作用后的中心膜厚数值解与试验结果更加接近.      

碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

对碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承在稳态运行时的热动力润滑性能进行了分析研究,考察了弹簧弯曲刚度,载荷和转速对轴承的油膜厚度为分布,压力分布,温度分布,功耗及油膜压力中心位置的影响,并提出了温度因子概念,研究表明,较小的弹簧弯曲刚度和载荷有利提高轴承的热动力润滑性能,油膜温度随温度因子的增大而增大,当轴承转速在较大的范围内变化时,温度因子基本为常母,油膜温度敢基本不变,油膜压力中心位于瓦几何中心的上游区     

考虑粗糙度和固体颗粒效应的直齿轮跑合瞬态热弹流润滑分析Transient thermal elasto-hydrodynamic lubrication of spur gears in running-in process considering solid particles and surface roughness

建立了含有固体颗粒的弹流数学模型,修正了Reynolds方程,考虑了连续波状粗糙度的影响,对跑合过程中直齿轮轮齿啮合区的弹流润滑进行了数值解算,分析了固体颗粒和粗糙度对压力、膜厚和温度的影响。结果表明,连续波状粗糙度会引起压力和膜厚一定幅度的上下波动,考虑固体颗粒后,压力变大,膜厚减小;颗粒速度越大,膜厚越小,最小膜厚减小,最大温升一定幅度减小,颗粒所在区域的温升减小;粗糙度波长较小时,粗糙度对膜厚较小的接触区引起的温升较大。     

Experiments on the flow of a thin liquid film over a horizontal stationary and rotating disk surface

Experiments on characterization of thin liquid films flowing over stationary and rotating disk surfaces are described. The thin liquid film was created by introducing deionized water from a flow collar at the center of an aluminum disk with a known initial film thickness and uniform radial velocity. Radial film thickness distribution was measured using a non-intrusive laser light interface reflection technique that enabled the measurement of the instantaneous film thickness over a finite segment of the disk. Experiments were performed for a range of flow rates between 3.0 lpm and 15.0 lpm, corresponding to Reynolds numbers based on the liquid inlet gap height and velocity between 238 and 1,188. The angular speed of the disk was varied from 0 rpm to 300 rpm. When the disk was stationary, a circular hydraulic jump was present in the liquid film. The liquid-film thickness in the subcritical region (downstream of the hydraulic jump) was an order of magnitude greater than that in the supercritical region (upstream of the hydraulic jump) which was of the order of 0.3 mm. As the Reynolds number increased, the hydraulic jump migrated toward the edge of the disk. In the case of rotation, the liquid-film thickness exhibited a maximum on the disk surface. The liquid-film inertia and friction influenced the inner region where the film thickness progressively increased. The outer region where the film thickness decreased was primarily affected by the centrifugal forces. A flow visualization study of the thin film was also performed to determine the characteristics of the waves on the free surface. At high rotational speeds, spiral waves were observed on the liquid film. It was also determined that the angle of the waves which form on the liquid surface was a function of the ratio of local radial to tangential velocity.