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.     

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.     

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。     

供油量对对数滚子弹流润滑特性的影响研究

针对现有的凸度设计研究没有考虑供油量因素的现状，研究了供油量对对数滚子弹流润滑特性的影响，指出:在轴向中部，对数滚子的乏油润滑特性与无限长线接触弹流的乏油润滑特性相似；在轴向端部，当供油量较小时，膜厚较小且轴向颈缩不明显；随供油量的增加，膜厚沿滚子轴线方向逐渐由中部向端部增大，轴向颈缩逐步建立，直至形成膜厚的端部闭合效应达到充分供油润滑. 在供油量由乏油到充分供油的变化过程中，压力的边缘效应趋于显著. 因此，充分供油条件下的凸度设计结果不能直接用于乏油工况，乏油时需要的凸度量将小于充分供油润滑的凸度量.      

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.     

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.     

不同压力角下自由端面对渐开线直齿轮弹流润滑性能的影响

区别于基于半空间理论的传统直齿轮弹流润滑模型，本文基于有限长空间解建立考虑轮齿自由端面影响的渐开线直齿轮有限长弹流润滑模型. 采用叠加法构造自由端面，矩阵法和半解析法求解自由端面的影响，快速傅里叶变换算法加速齿面弹性变形计算；采用统一Reynolds方程法求解油膜压力和油膜厚度. 以啮合节点为特征位置，分析比较不同压力角下自由端面对直齿轮弹流润滑的影响. 结果表明:与半空间模型比较，考虑自由端面后端面峰值压力降低，压力分布更均匀，最小油膜厚度增大；增大轮齿压力角，节点压力水平减小，油膜厚度增大；当压力角不同时，自由端面对齿轮弹流润滑压力峰值的影响基本相当，对最小膜厚的影响较大.      

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.      

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.     

摆动工况下有限长线接触弹流的实验研究

针对对数型凸度滚子,在自制的滚子接触光弹流试验装置上开展了摆动工况弹流的实验研究.在2种不同摆动频率下,测量了弹流润滑油膜厚度和形状.结果表明:在一定载荷范围内,对数凸型滚子弹流润滑状态下的油膜厚度沿轴向呈均匀分布.摆动工况下润滑油膜的变化受到楔形效应和挤压效应的共同作用;低频时卷吸速度变化较小,以挤压效应为主;高频时卷吸速度变化较大,楔形效应增强.在卷吸速度为零时,油膜被封入接触区内,高频时形成的凹陷更为明显.     

Jacobian-free Newton-Krylov subspace method with wavelet-based preconditioner for analysis of transient elastohydrodynamic lubrication problems with surface asperities

This paper presents an investigation into the effect of surface asperities on the over-rolling of bearing surfaces in transient elastohydrodynamic lubrication(EHL) line contact. The governing equations are discretized by the finite difference method. The resulting nonlinear system of algebraic equations is solved by the Jacobian-free Newtongeneralized minimal residual(GMRES) from the Krylov subspace method(KSM). The acceleration of the GMRES iteration is accomplished by a wavelet-based preconditioner.The profiles of the lubricant pressure and film thickness are obtained at each time step when the indented surface moves through the contact region. The prediction of pressure as a function of time provides an insight into the understanding of fatigue life of bearings.The analysis confirms the need for the time-dependent approach of EHL problems with surface asperities. This method requires less storage and yields an accurate solution with much coarser grids. It is stable, efficient, allows a larger time step, and covers a wide range of parameters of interest.     

摆动工况下有限长线接触弹流润滑研究

针对对数凸型滚子接触副,推导出滚子按照正弦规律摆动时的等温有限长弹流数值分析模型,通过分别建立两套坐标系统的方法解决了求解过程中润滑入口区和出口区在摆动周期内交换的问题,揭示了摆动过程中油膜压力和厚度的分布规律,并讨论了摆动频率的影响.结果表明:在摆程不变的条件下,膜厚随摆动频率增加而增大,有利于润滑膜的建立,但同时会增加1个周期中的最大压力及压力波动幅度,使工件易于疲劳;对于相同凸度量,在低频摆动工况下边缘效应较高频工况下的严重,因此在低频摆动工况下使用滚子设计时需要增大其凸度量.     

啮入冲击对直齿轮弹流润滑的影响

考虑齿轮啮入冲击载荷,曲率半径、卷吸速度沿啮合线随时间的变化以及温度场的影响,用非牛顿流体的Ree-Erying润滑模型,利用多重网格法模拟了轮齿从啮入到啮出整个时间历程中油膜压力、膜厚和温度分布的变化,对比分析了啮入冲击载荷与平稳载荷对渐开线直齿轮时变非牛顿热弹流润滑结果的影响.数值结果表明,啮入冲击载荷只对啮入初始阶段的油膜压力、膜厚、温度有很大影响,最小膜厚和最大压力都发生在冲击载荷的最大峰值载荷时刻,所以齿轮的啮入冲击对齿轮保持良好的润滑状态是不利的.     

基于载荷分担理论的渐开线斜齿轮热混合弹流润滑分析

沿接触线把斜齿轮分成许多小薄片,每一薄片看成具有当量角速度的直齿轮,根据欧拉方程得到任一接触点处的曲率半径和表面速度.然后基于载荷分担、弹流润滑和粗糙线接触理论,建立了考虑表面粗糙度的斜齿轮传动混合热弹流润滑模型.研究了斜齿轮传动稳态载荷分布下牛顿流体和Carreau流体时的润滑特性.结果表明:牛顿流体和Carreau非牛顿流体模型下,中心油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升随时间和接触线的变化规律相同.牛顿流体下的摩擦系数较工程实际偏大.Carreau非牛顿流体模型下摩擦系数和工程实际相符,其随接触线啮合位置的变化规律与油膜厚度正好相反.     

载荷偏置对圆锥滚子润滑性能的影响

本文在圆锥滚子的润滑中考虑力矩平衡,分析了载荷偏置对圆锥滚子弹流润滑性能的影响,给出了载荷偏置量与滚子位置角的规律曲线,讨论了不同端部修形圆角和速度参数对接触区压力和膜厚的影响.结果表明:载荷偏置使滚子一端翘起,从而出现滚子一端承载现象,此时润滑状况较差,极易出现润滑失效从而引起滚子偏磨,降低使用寿命;其次,载荷偏向大端的润滑要优于载荷偏向小端的润滑,而且总载荷作用点偏向大端的某一位置时,圆锥滚子的润滑处于最佳状态;第三,在本文参数范围内,当载荷偏置时,修形圆角和速度参数越大,圆锥滚子的润滑状况就越好.