《润滑理论基础》

本书系润滑学科的基础书籍.由英国帝国学院著名学者 A.Cameron 教授积数十年之教学经验编撰而成.书中反映了作者本人的许多研究成果.现已由上海交通大学沈继飞副教授译出.全书共分十七章,包括绪论、粘度、雷诺方程、收敛-发散楔、可倾瓦块和固定瓦块推力轴承、圆盘、径向轴承、轴承中的热量、交变载荷和挤压膜、油膜振荡、多孔轴承、流体静压轴承、弹性流体动压轴承、摩擦和发热、     

瓦块弹性对大型水轮发电机组径向可倾瓦轴承润滑性能的影响

用有限元素法和有限差分法建立了可倾瓦轴承瓦块三维弹为形及热效应的计算模型。分析了由瓦面油膜压力引起的三维瓦块弹性变形对采用小包角径向可倾瓦及瓦块支点非均匀密集布置方式下滑动轴承热动力润滑性能的影响。结果表明：在大型低速重载条件下,瓦块三维弹性变形及热效应对小包角瓦块非均匀布置的径向可倾轴承后静态特性和动力特性均有较大影响。     

可倾瓦径向滑动轴承完整动特性系数的分析模型

基于可倾瓦径向滑动轴承瓦块的扰动特性,提出了计算轴承完整动力系数的数学解析模型。在由单块瓦和轴颈构成的子系统上建立局部动坐标参考系,全局广义位移向量可以通过简练的步骤转换为局部动坐标系下轴颈的位移向量,利用求解固定瓦轴承动力特性的方法求得的局部动坐标系下的油膜力又可以精确地转换为全局坐标系下的表达形式,全局坐标系下的油膜力向量关于广义位移和广义速度的Jocabian矩阵形成轴承的完整动力特性系数;利用Newton-Raphson方法同时求解瓦块和轴颈在给定的静态载荷下的平衡位置,其中所需用到的系数矩阵恰好为轴承油膜力关于广义位移的Jocabian矩阵的负值,在得到平衡位置的同时可以获得轴承完整的刚度和阻尼矩阵。数值算例证明了此方法的有效性。     

孔隙渗流对环面复层含油轴承润滑性能的影响

含油轴承基体中油液的渗流特性对轴承油膜润滑性能影响显著. 以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象，利用达西定律建立复层含油轴承基体中流体渗流的控制方程，在极坐标下建立环面复层含油轴承系统渗流润滑模型，研究复层环面副系统中油膜压力分布规律，分析轴承结构参数及孔隙渗流行为对油膜润滑性能的影响. 结果表明:复层含油轴承的流体动压力主要发生在环形摩擦面间，从摩擦界面到轴承底面，流体压力逐渐由外缘向圆心部位传导，流体动压力作用面积逐渐增大，压力峰值逐渐降低；随着倾角增大，摩擦界面间的油膜动压效应增强，油膜润滑性能变好；随着表层渗透率或厚度减小，摩擦界面间的油膜的渗流效应减弱，油膜润滑性能提高；与普通单层含油轴承相比，含致密表层的复层含油轴承能降低整体孔隙率，防止过多轴承间隙油液渗入多孔介质，提高轴承润滑性能. 研究工作为明晰环面复层含油轴承渗流行为及润滑机理提供一定理论依据.      

可倾瓦轴承支承的转子系统稳定性研究

对一些由可倾瓦轴承支承的典型转子系统的稳定性研究结果表明:即使在理想工况下,经典理论关于“可倾瓦轴承——转子系统是本质稳定的”结论也是不正确的。在这类系统中同样存在着和固定瓦轴承——转子系统一样的不稳定性问题。本文还进一步讨论了各种参数对系统稳定性的影响(如瓦块惯性J.预负荷系数V.支点系数,外交叉刚度和外阻尼等)。无疑,这些讨论将有助于对工程中此类系统时而发生油膜振荡的根本原因的认识。最后,文中还给出了这类系统的失稳转速计算公式。     

大型抽水蓄能机组推力轴承特性研究——（Ⅰ）静特性研究

为了精确计算可倾瓦推力轴承的静特性,本文建立了推力轴承静特性的计算模型,推导了推力轴承动力润滑的基本Reynolds方程,考虑了润滑油温粘效应、素流的影响、瓦块的温度变形及压力弹性变形．本文还以广州蓄能水电厂一期工程四号机组的推力轴承为例,计算了几种不同初始参数条件下的计算结果,以期对机组推力轴承的特性有一个较全面的认识和了解．     

大型抽水蓄能机组推力轴承特征研究—（I）静特性研究

为了精确计算可倾瓦推力轴承的静特性,本文建立了推力轴承静特性的计算模型,推导了推力轴承动力润滑的基本Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,考虑了润滑油温粘效应、素流的影响、瓦块的温度变形及压力弹性变形。本文还以广州蓄能水电厂一期工程四号机组的推力轴承为例,计算了几种不同初始参数条件下的计算结果,以期对机组推力轴承的特性有一个较全面的认识和了解。     

基于区域分解法的纹理表面流体润滑分析——纹理分布模式的影响

将区域分解法应用于纹理表面的流体润滑计算中,使计算网格数和效率显著提高,为数值模拟表面纹理分布模式对油膜润滑影响提供了有效的计算方法.通过对平板轴承和阶梯轴承表面在多种纹理分布情况下流体动压润滑特性的计算分析,得到提高润滑油膜动压效应的纹理分布模式优化方案,对阶梯轴承表面纹理分布优化过程中3种典型模式进行了定性实验验证.结果表明,流体动压承载能力的计算预测结果与实验测试结果的规律基本吻合.     

双级孔含油轴承油压扩散与表面渗析特性分析

为探究含油轴承基体渗流及压力扩散对接触面间油膜润滑性能的影响，建立双级孔含油轴承系统的渗流润滑模型，研究轴承摩擦面上油膜分布规律与双级孔隙中压力扩散行为，分析摩擦副倾角与轴承表层渗透率变化对油膜润滑性能的影响.结果表明，流体动压力产生于摩擦界面的收敛区，并逐渐由摩擦界面向轴承基体扩散，在油压扩散过程中流体压力的作用面积增大，压力数值降低.油膜的润滑性能随倾角增大或表层渗透率减小而得到改善，相比单层含油轴承，具有致密表层的双级孔含油轴承具有较好的润滑性能.不同表层渗透率下，倾角对油膜摩擦系数的影响差异显著：在本文中计算参数下，当表层渗透率小于7×10^-15 m²时，油膜的摩擦系数随倾角增大而减小；当表层渗透率高于7×10^-15 m²时，油膜的摩擦系数随倾角增大而增大.倾角和表层渗透率影响含油轴承基体中的油液渗流和压力扩散行为，最终使油膜的润滑性能发生改变.研究工作为明晰含油轴承润滑机理提供一定理论依据.     

箔片轴承摩擦表面涂层的新方法

本文论述了一种将氟化石墨-聚酰亚胺粘结固体润滑涂层涂覆在用于高速气体箔片轴承中的箔片零件摩擦接触表面上的新方法。 目前,工艺流体轴承或气体轴承的应用日益广泛。这些流体轴承一般都由有预定间隔的两个相对运动的零件组成。在此间隔中充满空气之类的流体,其在动态条件下形成一种支持用的流体“楔块”,可以防止两个相对运动零件之间的接触。     

含油轴承表面供油行为与自润滑机理分析

含油轴承是一类重要的减摩自润滑零件,轴承基体中油液的渗流特性对表面润滑性能有重要影响. 建立含油轴承孔隙渗流与表面油膜润滑的耦合力学模型,分析含油轴承系统中油液的渗流特性,探讨轴承表面油液的供油行为与自润滑机理. 结果表明:在含油轴承的收敛区内同时存在周向旋转流、径向伸缩流和法向渗析流,油液在各方向上的流动状况由该向流体压力梯度决定;受油膜压力影响,油液在接触区向多孔基体渗入,在接触区入口部位向多孔表面析出,由此构成了油液渗入和析出的闭环速度流线,增强摩擦界面间的泵吸效应. 油液在法向上的渗析速度随中心膜厚增加而减小,随转速升高而增大,渗析速度越大,对泵吸效应的增强作用越显著,接触区入口的油液也更易进入摩擦界面,保障含油轴承的良好自润滑效果. 研究结果对揭示含油轴承的供油自润滑机理具有重要意义.      

非牛顿流体有限长粗糙轴承分析

本文采用H.Christense力提出的随机粗糙模型,推导了幂律型流体纵向粗糙型和横向粗糙型润滑雷诺方程和相应的承载力、流量系数和摩擦系数的计算公式.对有限长动载径向轴承纵向粗糙型雷诺方程,用差分方法进行数值求解,得到了粗糙度和幂律指数对轴承的压力分布、承载力、流量系数和摩擦系数影响曲线,并有表面粗糙度和润滑油的非牛顿特性独立地影响轴承油膜力学特性的结论.     

超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析

以新一代液体火箭发动机涡轮泵为应用前景,提出了一种带小孔节流的超导-液体静压复合推力轴承.该复合轴承由6块圆形超导瓦和6块带有小孔节流的圆形液体静压推力瓦构成,依靠涡轮泵系统自带的低温介质(如液氢液氧等),可以实现超导磁斥力与流体静压力的复合.基于解耦方法分析了复合轴承的静动特性,重点研究不同液膜厚度下复合轴承的承载力和刚度随节流孔径、液腔直径等的变化规律.在设计工作点附近,超导推力瓦和静压推力瓦的承载力大体相当,而后者的刚度则是前者的300倍以上.理论结果表明该复合结构既可以保证启动阶段无接触摩擦,又能在工作阶段保持较高刚度以抗冲击,对设计高可靠性火箭涡轮泵的轴系结构具有参考价值.     

挤压油膜阻尼在储能飞轮转子支承系统中应用研究

在飞轮储能系统实验研究中,利用永磁轴承-螺旋槽流体动压锥轴承的混合支承,并采用了挤压油膜阻尼为转子支承系统提供阻尼。基于流体润滑理论的雷诺方程和长轴承近似理论,推导出一端封闭、一端开口边界的挤压油膜的压力分布近似解析解,得到等效油膜刚度和阻尼系数。最后对比分析了飞轮转子支承系统不平衡响应的计算与试验结果。     

电流变智能轴承挤压性能分析

电流变流体的流变性质可以通过调节外加电场（或电压）来控制，且响应时间极短，为此可用来制成电流变智能轴承。这种轴承的优点是可由计算机来监控轴承的工作状态，并根据其工作条件的变化来控制电压高低，从而改变轴承的性能，以适应外界环境。本文采用作者提出的以二次规划法为基础的双线性流变有限元法分析了电流变智能轴承的恒载径向挤压特性，给出了在不同外界电压下的轴承油膜沉降速度和时间曲线，通过数值讨论，证明电流变轴承具有很强的油膜保持能力的优点。     

轻载径向滑动轴承中Taylor涡动的产生和影响研究

本文用原始变量法直接求解了三维的Ｎ－Ｓ方程，计算分析了高速旋转有限长圆柱轴承中油膜层流失稳产生涡动的临界Ｔａｙｌｏｒ数及流场、压力场和摩擦阻力。轴承端部泄油量等的变化。结果表明，在有限长同心圆柱轴承中，随着轴旋转速度的提高，轴承磨擦阻力线性增大，油膜层流失稳出现的涡动增加轴承摩擦阻力并减少轴承端部泄油量，油膜层流失稳后，轴承长度方向均匀地排列着一些流体涡，涡动的强度从轴承中间截面向轴承端部逐渐减弱     

轴同期涡动和轴承座激振对轴承油膜稳定性的影响

在自行设计的轴承试验台上研究了轴颈同期涡动和轴承座激振对油膜层流失稳的影响 .结果表明 :随着轴颈偏心的增大 ,涡动倾向增强 ,流体出现层流失稳 ;当涡动倾向较弱时 ,影响油膜层流失稳的主要因素是轴承激振的强度以及低频激振 ,而高频激振对其影响较小 ;但当涡动倾向较强时 ,轴承激振的强度以及激振频率对油膜层流的失稳几乎没有影响     

双矩形腔静压滑动轴承高速时的油膜润滑特性

针对静压轴承运行过程中因工作转速(尤其是较高转速)的变化和内部流体受压摩擦发热导致油膜变薄,进而影响机械加工精度和运行可靠性的问题,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜润滑特性.该研究方法针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,建立了轴承油膜润滑特性理论分析模型,采用C语言编辑了用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,利用有限体积法仿真分析了该型号轴承在80、100、120、140、160、180和200 r/min高转速下的油膜动态性能,揭示出高转速下膜厚变化对油腔温度、压力、流速、封油边处流量的影响规律.最后,通过设计试验测试了一定载荷下不同转速时的油膜厚度、油腔压力和温度的变化,并对理论分析和仿真模拟加以验证.研究发现,高速下的静压轴承随着油膜厚度减小,油膜温度升高加快,其黏度下降导致高速运转下润滑油变稀,形成的动压不足以补偿压力损失的压降,导致低膜厚下工作转速升高油腔内压力值反而有所降低.     

轴同期涡动和轴承磨激振对轴承油膜稳定性的影响

在自行设计的轴承试验台上研究了轴颈同期涡动和轴承磨激振对油膜层流失稳的影响，结果表明：随着轴颈偏心的增大，涡动倾向增强，流体出现层流失稳，当涡动倾向较弱时，影响油膜层流失稳的主要因素是轴承激振的强度以及低频激振，而高频激振对其影响较小，但当涡动倾向较强时，轴承激振的强度以及激振频率对油膜层流的失稳几乎没有影响。     

含浸凝胶自润滑轴承材料的制备及性能研究

利用新型凝胶润滑剂替代传统的润滑油或脂灌入铁基和聚酰亚胺多孔轴承材料中获得一种新型自润滑轴承材料,并研究制备工艺、储油性能和润滑性能. 在摩擦热的作用下,凝胶润滑剂由半固态转变为液体,从轴承材料的孔隙中渗出,实现自润滑. 而且,凝胶在液态下大大提高基础油的黏度,减少高速运转时轴承的甩油问题;摩擦结束后,凝胶润滑剂又能再次冷凝并储存在含油轴承材料的微孔中,从而减少油的泄露或挥发,提高其储油能力. 因此,这种新型含浸凝胶的自润滑复合材料有望用于含油保持架/轴承.