Non-steady state non-conformal contacts: friction and film thickness studies

Many machine elements work under non-steady state conditions. Velocity, load and geometry can be time-dependent, and this can influence in a significant way two important quantities of a lubricated contact: friction and film thickness. This work is devoted to non-conformal lubricated contacts under transient conditions and consists of two parts. In the first part a review is made of studies on transient conditions related to the systems themselves (as occurs in gears, valve train, piston assembly and rolling bearings), to particular operating conditions (as starting and stopping of the motion) and to variations localized in the contact (as the ones related to surface defects and roughness). The second part is specifically addressed to investigations on friction and film thickness under conditions of periodically variable velocity. Loops of film thickness and friction coefficient appear when these quantities are plotted as a function of the velocity, mainly due to squeeze effects. The friction is higher and the film thickness smaller for increasing speed than for decreasing speed. A time shift between the film thickness and the speed variations occurs. The loops amplitude increases by increasing the frequency of the speed variation.     

有限长线接触弹流理论研究的最新进展

在课题组已发表综述的基础上查阅了近二十年来的公开文献,系统总结了有限长线接触弹流理论的最新发展,着重介绍了现阶段有限长线接触弹流研究的主要方向,包括热效应、非牛顿流体、偏歪斜工况、脂润滑、端部自由表面、镀层、乏油等;分析了最新的研究热点,包括润滑分析与动力学分析的耦合、疲劳寿命的预测、并行算法等问题;给出了有限长弹流理论仍需深入研究的几个方面,随着我国产品由量到质的转变,精度、寿命的要求越来越高,如何方便的将理论研究移植到产品开发过程,已经成为一个迫切需要解决的问题.     

考虑滚道波纹度的推力球轴承油膜的测量与计算

使用能够模拟推力球轴承工作的光干涉油膜测量系统,在静态时基于Hertz接触理论测量得到了该轴承座圈滚道的波纹度变化,并测量了轴承工作一周的油膜变化情况.依据试验参数进行了钢球与玻璃盘接触以及钢球与座圈滚道接触的弹性流体动压润滑（EHL）数值分析.试验和理论分析均较好地验证了表面波纹度对润滑状态的影响,发现推力球轴承运动时油膜的变化和滚道的表面波纹度密切相关.     

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。     

磨损表面轮廓对点接触热弹流润滑的影响

研究了由磨损引起的接触表面几何轮廓的改变对点接触润滑效应的影响。引入磨平系数ｒｗ来表征接触区的磨平区域大小。在０≤ｒｗ≤的范围内,通过不同工况参数下热弹流的安全数值求解,发现最小膜厚随ｒｗ的增大而减小,中心膜厚随ｒｗ的增大而增大;而ｒｗ的增大而增大;而ｒｗ对油膜最大压力、最高温升及摩擦系数的影响较小。     

考虑弹流润滑作用的斜齿轮啮合分析方法研究

油膜弹流润滑在齿轮传动中有着非常重要的作用,为得到油膜润滑作用下的齿轮啮合响应,基于ABAQUS/STANDARD的静态计算结果,首先提取了仅有齿轮啮合的齿面接触刚度,再结合油膜刚度得到了齿轮和油膜的综合接触刚度,并以此综合刚度作为接触属性关系进行齿轮的静动态运动响应计算。此外,对齿轮啮合时出现的接触区域(接触斑)不连续现象也进行了分析。最终结果表明考虑油膜润滑作用时,齿轮面的最大接触应力比无润滑作用时下降了30%左右,而齿根处最大拉应力则下降了6.14%。本方法为齿轮动力学分析和齿轮的优化设计提供了基础条件。     

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.     

表面特性对纯滑弹流油膜形状和摩擦力的影响的试验研究

针对界面滑移效应可能产生较低的摩擦力,采用具有不同表面浸润性的玻璃盘,进行了纯滑弹流润滑试验.在采用SiO2镀膜玻璃盘的球-盘接触高聚物纯滑润滑试验中,从弹流到动压润滑的摩擦系数曲线呈现不同于传统Stribeck曲线的两个拐点.两个拐点分别与凹陷出现及弹性变形消失相关联.在较低载荷下,不同盘表面产生相近的干涉图像和摩擦系数曲线,高聚物的非牛顿效应产生的表观滑移可能是入口凹陷及非典型摩擦系数曲线的主因;在较高载荷下,盘滑试验中铬盘产生的摩擦系数和油膜厚度均较SiO2盘低,具有较低表面能的铬盘产生的界面滑移被认为是产生较低摩擦系数的主因.     

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.     

换向持续时间和换向点位置对往复运动齿轮齿条弹流润滑的影响

往复运动齿轮齿条的润滑失效通常发生在换向死点位置附近，因此研究齿轮齿条换向点位置和换向持续时间对换向过程中润滑油膜的影响具有重要的实际意义。根据齿轮齿条换向瞬间的运动几何关系，建立了换向过程齿轮齿条弹流润滑的瞬态数值模型。采用Ree-Eyring润滑流体，应用多重网格法和多重网格积分法等数值方法，计算得到了齿轮齿条往复运动过程中换向点位置附近一对啮合轮齿间的压力、膜厚和温度，并与前人的实验结果进行了对比验证。分析了不同换向持续时间和换向点位置对一对啮合轮齿间压力、膜厚和温度的影响。齿轮齿条换向过程中油膜厚度明显降低，缩短换向持续时间虽然可以增大齿轮齿条的润滑膜厚，但会导致瞬间油温升高，因此换向持续时间存在最优值。通过比较不同换向死点位置的膜厚发现，当换向死点在单齿啮合后的双齿啮合区时，啮合轮齿间具有较理想的润滑膜厚。无论换向持续时间长短，润滑膜厚的最小值都在换向死点位置，换向死点位置是往复运动齿轮齿条润滑失效的危险点。研究结果为往复运动齿轮齿条的润滑设计提供了理论依据。