二阶流体薄膜润滑研究

针对二阶流体薄膜润滑在润滑方程中引入二阶流体和弹性变形，在考虑薄膜润滑状态下的非牛顿性和类固体性的基础上，建立了薄膜润滑的粘变数学模型，并针对线接触弹流薄膜润滑进行了数值计算．结果表明，在相同载荷下基于粘变模型计算得到的膜厚同牛顿流体相应的膜厚相比大得多，而粘变薄膜厚度同速度的相关性比牛顿流体的小得多，且粘变薄膜能够承受更大的载荷；所建立的粘变模型适用于薄膜润滑的理论计算．     

纳米薄膜润滑物理—数学模型及数值分析

基于润滑剂分子通常具有链状结构的事实，在分析润滑剂分子链长同膜厚关系的基础上，建立了纳米薄膜润滑物理模型，并利用含旋转量的流体力学运动方程得到了相应的Reynolds方程，同时对薄膜润滑Reynolds方程进行了数值计算，以考察特征长度对薄膜润滑状态参数的影响。结果表明，同相应的厚膜解相比，薄膜模型中润滑剂的粘度及承载能力均明显提高，且其提高幅度随着特征长度的增大而增大。根据润滑剂分子链长度确定的薄膜润滑区间以及膜厚－速度关系数值解同相应的试验结果一致。     

高压微间隙下4010航空油的润滑特性研究

在自制的新型膜厚测量仪上,测量4010航空油在不同接触压力、温度和卷吸速度下的干涉图像,分析接触区的润滑特性。结果表明：在低温高速区主要表现为弹流润滑,中心膜厚与接触压力呈负相关;而在低温低速、高温区主要表现为薄膜润滑,中心膜厚受接触压力的影响较小。在弹流润滑区内高接触压力下油膜形状呈平坦状分布,而薄膜润滑区内油膜形状总体上比较平滑。随着载荷的增加,弹流润滑区内由Hamrock-Dowson理论算得的膜厚值和实测值逐渐偏离,理论公式中卷吸速度和载荷的指数需要调整;而薄膜润滑区的膜厚值基本上保持平稳。     

聚合物刷水润滑条件下水膜厚度和摩擦学行为的相关性研究

利用表面引发原子转移自由基聚合技术(SI-ARTP)在钢球和玻璃盘摩擦副表面分别接枝亲水性聚合物刷-聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA),去离子水作为润滑剂,在球-盘式摩擦试验机和纳米级薄膜厚度测量装置上开展了其宏观摩擦学性能研究,探讨了流体动压效应介入下的聚合物刷水润滑机理. 利用光干涉技术观察了低卷吸速度下(4 mm/s)接触区域水膜分布情况,发现滚道两侧水膜的形状由初始状态的圆形随着时间逐渐沿着卷吸方向分布,证实了聚合物刷通过不断捕获周围的水分子形成了1层稳定的水膜;通过控制卷吸速度从1 mm/s连续增加512 mm/s实现了润滑状态的转变,低卷吸速度时处于薄膜润滑状态,膜厚不依赖于速度且稳定在35 nm左右,接触区内有效水膜的建立归功于聚合物刷的水合效应;当速度大于32 mm/s时处于弹流润滑状态,膜厚的测量值高于等黏弹膜厚公式的预测值(2~12 nm)和水合效应促成的膜厚值(约35 nm)之和,这意味着在流体动压润滑作用下聚合物刷表现出了优异的润滑增强作用, 是水合效应和流体动压效应协同作用的结果.      

多沟槽水润滑橡胶合金轴承润滑特性研究

建立了考虑多沟槽润滑结构和实际工况边界条件的水润滑橡胶合金轴承弹流润滑数学模型,数值计算了有无沟槽以及沟槽半径对润滑性能的影响.计算结果表明：沟槽对水润滑橡胶合金轴承润滑性能影响显著,即在沟槽处膜厚较大,压力较低,而在承载区膜厚较小,压力较高,周向方向上压力分布不连续,并且在最小膜厚处轴向方向的入口和出口附近出现了两个压力峰值;水膜压力和最小膜厚均随沟槽半径的增大而减小;承载能力随偏心率增大而增大,随沟槽半径和过渡圆弧半径的增大而减小;摩擦系数随转速增大而略有增大,随沟槽半径的增大显著增加.     

薄膜润滑中的应力偶效应

利用应力偶理论计算了薄膜润滑的膜厚特性.计算结果表明:应力偶的作用相当于增加润滑剂粘度,其可以增加油膜厚度,提高承载能力;同时应力偶作用依赖于油膜尺寸,润滑油膜越低,其影响越明显.     

薄膜润滑中双电层效应的理论分析与实验研究

建立了考虑双电层效应的有限宽组合滑块薄膜润滑数学模型,并利用组合滑块与圆盘的滑动摩擦试验对双电层效应进行研究,利用实验结果修正了润滑过程中双电层效应的计算,给出电粘度的计算公式并进行数值分析.结果表明:在薄膜厚度较薄的情况下,双电层效应使得流体的等效粘度随膜厚减小而迅速增加;随着膜厚增加,双电层的电粘度效应逐渐减弱;随着电场强度增加,双电层的电粘度效应增加,当电场强度达到一定程度时,双电层的电粘度效应开始减弱.     

椭圆接触弹性流体动力润滑的供油条件分析

通过数值求解研究了椭圆接触弹流润滑的供油条件,分析了供油油膜厚度对乏油润滑中心膜厚和最小膜厚的影响,以及中心膜厚和最小膜厚与润滑油膜压力区形成位置的关系.结果表明:当供油油膜厚度较小时,中心膜厚和最小膜厚很小,压力区形成位置距Hertz接触区很近,处于严重乏油状态;当供油油膜的厚度达到一定数值时,中心膜厚和最小膜厚基本不变,多余的润滑油几乎不能进入接触间隙,即达到准充分供油状态;当供油油膜厚度继续增加时,乏油区最终消失,达到充分供油或过量供油状态.     

特殊供油条件下点接触弹流润滑乏油分析

从实验中观测到的特殊乏油现象出发,提出1种特殊供油条件函数,求出点接触弹性流体动力润滑的完全数值解,定性模拟实验中的特殊乏油现象,并分析供油条件函数中的参数与中心膜厚和最小膜厚的关系.结果表明:供油油膜的两突起导致相应的压力、部分油膜比例和润滑油膜分布中也出现两突起;供油油膜的两突起能够扩大压力区和充分供油区域,能够局部改善润滑效果,但是对中心膜厚和最小膜厚影响很小;供油油量主要影响润滑状态,而供油油膜的形状在不同程度上也会影响润滑状态.     

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.     

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.     

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.     

纳/微米弹流油膜厚度测量系统

介绍了1种基于多光束干涉强度的弹流油膜厚度测量系统,包括其测量原理和测量系统的设计与组成.针对光弹流接触副,给出了简单易行的干涉级次判定方法.结果表明,该测量系统具有纳米量级的分辨率,可实现由纳米膜厚到微米膜厚的连续测量,适用于超薄弹流油膜厚度和微米级弹流油膜局部微小变化的研究.测量结果与已有的理论和研究结果吻合,证明了测量系统的可靠性.     

非稳态弹流润滑状态下滚动体-滚道摩擦副的动力特性研究

针对滚动体-滚道摩擦副,建立了点接触非稳态弹流润滑数学模型,利用FFT技术和半解析算法数值求解了接触体在自由振动过程中油膜压力和膜厚的变化,同时结合有阻尼系统的自由振动模型,给出了预测点接触摩擦副动力特性的方法,在较宽的载荷和速度范围内分析了接触副的等效刚度系数和阻尼系数的变化.结果表明：根据接触副的实际工作载荷和速度所确定的无量纲自然频率来进行非稳态弹流的计算所得到的膜厚结果更接近实验值;在接触体的振动过程中油膜的压力和厚度在平衡位置附近上下波动,且由于润滑油膜的作用接触体的振动幅值逐渐减小;刚度系数随载荷参数的增加而增加,随速度参数的增加而减小,而阻尼系数的变化规律较复杂,在不同的载荷和速度范围内呈现出不同的变化趋势.     

齿向修形对滤波减速器润滑性能的影响分析

综合考虑了滤波减速器齿向修形参数、真实齿面粗糙度和瞬态效应等因素,建立了轮齿混合润滑数学模型,数值计算了不同修形参数值对应不同啮合点的最大压力和中心膜厚,分析了齿面粗糙度和转速对润滑性能的影响.结果表明:修形参数r和Ry均存在一个优化范围,使得轮齿表面最大油膜压力显著降低,边缘效应弱化,而中心膜厚则随着r和Ry的增大而逐渐增大;未修形轮齿边缘油膜压力受粗糙度的影响而急剧增大,边缘效应更加显著,修形后轮齿的边缘效应得到了明显改善,因此,轮齿修形也因粗糙表面的存在而显得更加重要;随着转速逐渐降低,轮齿表面的平均油膜厚度逐渐变小,接触比逐渐增大,轮齿表面由弹流润滑逐渐转为混合润滑,最后演变为边界润滑.     

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.     

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．     

步态条件下人工膝关节线接触弹流润滑分析

参照关节模拟试验机的运动和力学参数,利用多重网格技术对人工膝关节摩擦副进行了1个步态周期仿人体环境线接触弹流润滑仿真,关节支承表面的弹性变形按半无限体计算.同时,观察了几种参数对流体压力分布和膜厚形状的影响.结果表明:在1个步态周期内,中心压力与载荷变化基本相同,且等效曲率半径的变化会引起中心压力的跳跃.站立相时在卷吸和挤压膜效应的共同作用下,中心膜厚呈逐步减小并伴随着波动;摆动相时,载荷固定,膜厚的变化主要与卷吸速度有关.减小胫骨平台曲率半径有助于提高滑液膜厚度;延长步态周期的时间,会使滑液膜厚减小.