有限长滚子线接触热弹流润滑分析

应用多重网格解法 ,求出了有限长滚子线接触热弹流润滑的完全数值解 .结果表明 :在滚子的中部 ,油膜压力、温度和最小膜厚与无限长线接触热弹流润滑的解几乎一致 ;在滚子端部的圆角处 ,油膜压力、温度和最小膜厚与中部均显著不同 ,且最大油膜压力、最大油膜温度和最小油膜厚度均发生在此处 ,端部圆角半径对弹流润滑性能有显著影响 .同时 ,将有限长线接触热解与有限长线接触等温解进行了比较 .     

渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑数值模拟研究

建立了渐开线斜齿轮啮合的弹流润滑计算模型,将斜齿圆柱齿轮啮合的齿面接触等效为有限长线接触的弹流润滑问题.考虑斜齿轮啮合的实际因素,将斜齿轮啮合过程中的等效曲率半径和齿面载荷的变化反映到弹流润滑计算模型中,应用统一Reynolds方程方法求得轮齿在1个完整啮合周期内的瞬时弹流润滑数值解.结果表明：斜齿轮啮合线上各点处的膜厚、压力均有较大不同,各接触点处的油膜厚度受综合曲率半径的影响较大;斜齿轮传动非稳态效应相对较弱;小齿轮齿根附近和节点位置处润滑状态较差;适当增大压力角可以改善齿轮的润滑.     

有限长线接触弹流润滑研究的现状与展望

在已有的研究工作积累文献调研的基础上，对有限长线接触弹流润滑研究的形成背景、发展过程、研究现状及其应用等进行了简要的综合介绍与分析评述，并指出了现有的研究工作的特点、存在的问题和进一步研究的主政方向及其必要性，展望了这方面研究工作的发展前景。     

斜齿轮弹流润滑下的接触疲劳寿命计算

经典齿轮接触疲劳强度理论是基于光滑表面赫兹干接触理论,而实际齿面具有粗糙度,且啮合轮齿多数处于混合润滑状态.本文基于齿轮润滑接触分析建立了渐开线斜齿轮的接触疲劳寿命计算模型.模型由齿轮润滑接触分析模型和基于次表面应力分布的疲劳寿命模型组成.首先将斜齿圆柱齿轮一对齿的瞬时啮合等效为两反向圆锥的接触问题,建立了齿轮的有限长弹流润滑计算模型,考虑了齿轮啮合周期内瞬时载荷、接触线长、卷吸速度等因素的影响,基于统一雷诺方程方法求得啮合齿对间的润滑压力和油膜厚度分布;在此基础上,计算轮齿接触区次表面的米歇斯应力分布,根据Zaretsky接触疲劳寿命计算模型,对齿轮组的接触疲劳寿命进行模拟预测.针对不同工况参数下接触疲劳寿命计算表明:润滑油黏度、轮齿表面粗糙度等因素对齿面接触疲劳寿命均有显著的影响.     

滚子摩擦副弹流润滑特性及其应用──Ⅰ 有限长直母线滚子的弹流数值解

运用改进的数值方法求得了与实验结果相符的等温有限长直母线滚子的弹流数值解，与无限长线接触弹流结果相比较，揭示了润滑状态下滚子摩擦副的边缘效应和端泄对油膜分布的影响，在低速和重载时滚子的两端都几乎不能形成全膜润滑，因而有必要通过修形消除滚子端部的边缘效应．     

非牛顿重载滚滑工况有限长线接触热弹流研究

在流速主矢量方向使用Eyring流变模型,用多重网格法求出接触压力高达1.04 GPa的相交圆弧修形滚子的热弹流完全数值解.研究表明:随着Eyring流体非牛顿效应的增强,有限长线接触弹流二次压力峰的高度明显降低,每次工作循环中摩擦副受第二次高压的强度减小;热效应显著减弱,有助于防止由热效应导致的各种形式的失效;最小油膜厚度略有增加,有利于润滑膜的形成.因此,使用Eyring非牛顿流体有利于延长线接触副的寿命.与此同时,使用Eyring非牛顿流体时,非牛顿效应对滚子端部的压力分布影响很小,因此Eyring非牛顿效应对有限长摩擦副的凸度设计无明显影响.     

润滑理论研究的进展与思考

全面阐述了润滑理论研究中关于各种润滑状态,包括流体润滑、边界润滑、弹流润滑、薄膜润滑以及混合润滑等的研究进展和存在的问题;并进而就今后的润滑理论研究提出了若干建议.     

多重网格法计算有限长线接触热弹流问题初值对求解过程的影响

对有限长线接触热弹流数值求解中压力初值和温度初值的设置进行调整和改进,采用Hertz压力分布修正和无限长线接触弹流压力作为2种压力初值的设置方案,并提出增加温度初值和设定温度曲线2种温度初值设置方法.结果表明:采用无限长线接触弹流压力作为压力初值更为有效,可以直接计算最大Hertz接触压力pH=1.45 GPa时的重载荷工况;2种温度初值设置方法均能够使程序计算效率得到提高,其中采用设定温度曲线的方法可以使温度分布的总趋势快速显现,迭代次数减少25.5%左右.     

圆锥滚子的等温弹流润滑数值分析

通过数值求解研究了圆台与平面之间的等温弹流润滑问题,分析了两固体所形成的弹流润滑区内压力和膜厚分布曲面,并且讨论了端部修形对接触区内压力和膜厚的影响.结果表明:由于圆锥滚子几何形状的特点,导致接触区内压力和膜厚的分布曲面出现斜度;圆锥滚子的端部修形可以降低端部高压,增加端部油膜厚度.     

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%.      

滚子摩擦副弹流润滑特性及其应用：Ⅱ.工程对数滚子的弹流数值解

通过等温富温工况下滚子摩擦副弹流数值解研究表明,工程对数滚子具有良好的润滑特性,轻载时呈现大椭圆比点接触的特征,最小油膜厚度出现在中部,轴向油膜形状和压力分布比较均匀。载荷增大端部出现闭合效应,油膜压力局部升高,形成的封油作用使中部油膜略微增厚,最小油膜厚度转移至端部,厚度减小;速度增加使闭合效应加剧。     

Elastohydrodynamics in counterformal and conformal contacts

Since Peppler [1] in 1936 showed that elastic deformation of the mating surfaces in lubricated concentrated contacts plays a dominant role in the pressure built up and film formation, elastohydrodynamic lubrication (E.H.L.) has become a major field of interest in Tribology (Lubrication, Friction and Wear), all over the world. This, of course, is no surprise, since many contacts in machine elements are counterformal and the life of the machine concerned is mainly determined by the life of its most critical parts i.e. the mating surfaces. Examples are rolling element bearings, gears, seals, cam and tappets, etc. The most widely known example of a conformal contact is a journal bearing.In this paper a review will be given with regard to models and calculational methods concerning film thickness, pressure distribution and traction in E.H.L. and research results, recently obtained at the University of Twente, will be presented. Advantages of application of multilevel techniques will be demonstrated.Additionally some experimental results will be shown and some applications will be discussed.     

点、线接触真实粗糙表面的弹流润滑研究

本文给出了点、线接触的真实粗糙表面的微弹流数值解。在给定随机粗糙表面样本后,求解大小不同的载荷和粗糙的弹流问题。从计算结果可以看出,由于Reynolds方程中速度项的作用,在表面对应粗糙的位置处引起了压力变化,从而因其产生的弹性变形使粗糙变得平滑。对此光滑表面解可以看出,因粗糙引起的压力和膜厚的变化在光滑解附近波动。载荷较大时,压力分节接近固体接触情况。     

热变形求解及其对高速点接触弹流润滑影响研究

提出了一种固体表面热变形求解新方法(ITD),由此研究了热变形对高速点接触弹流润滑行为的影响. 为此,基于计入流体惯性项的Reynolds方程获得了油膜压力,采用追赶法对润滑剂和接触固体的温度进行了求解,进而研究了不同工况下有无热变形的高速点接触非牛顿热弹流润滑性能. 采用有限元法和离散累加法对ITD法进行了验证,通过中心膜厚试验验证了考虑热变形的正确性. 结果表明:ITD法可准确快速地计算表面热变形;考虑热变形后,油膜厚度降低且向油膜出口倾斜,考虑热变形后的中心膜厚更接近试验结果.      

A Simplified Model for Calculating Hydrodynamic Lubrication Film Thickness in Elastoplastic Line Contacts

The present paper proposes a simplified model for calculating hydrodynamic lubrication film thickness in elastoplastic line contacts. According to the Saint-Venant’s principle, the pressure in the contact is taken as uniformly distributed, this gives the contact surface elastic deformations in the inlet zone far away from the contact center close to real ones while gives those close to the contact center greater than real ones. This treatment is validated for hydrodynamic lubricated elastic contacts for relatively light loads and high rolling speeds. It gives the film thickness at the contact center a little higher than that calculated based on the real elastic model. The treatment is extended to a hydrodynamic lubricated elastoplastic line contact. The contact surfaces in the inlet zone are assumed as elastic and their deformations are calculated based on the uniform pressure distribution in the elastoplastic contact area. An inlet zone analysis is taken for obtaining the calculating equation of the hydrodynamic film thickness at the contact center. The equation overestimates the central film thickness but gives a satisfactory film thickness prediction for the heavy load which gives significant plastic deformations in the elastoplastic contact. It is found that when the load is lighter than 0.6 w _pc , the contact can be taken as elastic when calculating the central film thickness, while when the load is heavier than 0.6 w _pc , the contact can be taken as fully plastic; Here w _pc is the critical load for the contact fully plastic deformation. The plastic deformation in an elastoplastic line contact is found to reduce the hydrodynamic lubrication film thickness in the contact. This reduction is greater for higher rolling speeds and heavier loads. However, it is significantly dropped with increasing surface hardness.     

多层薄膜热应力模拟

针对MEMS器件和光电器件的薄膜结构在高温下产生的应力与应变会严重影响器件结构与功能的问题,本文采用Suhir异质生长薄膜热应力计算理论分析了三层薄膜结构的热应力大小分布情况,得到了不同镀膜温度、膜厚、基底厚度等条件下的热应力变化趋势,解决了困扰有限元分析的奇异点问题。通过分析模型与有限元分析结果的比对,得到该计算模型的应力分布较为符合有限元分析的结果,最大剪切应力差距约为6.1%。列举了一个通过分析关系对材料进行优化的实例。这些研究结果对恶劣工作环境下的MEMS器件以及光电子器件的薄膜设计具有一定的借鉴意义。