牵引模式下球环点接触高速弹流润滑行为机理分析

基于球环点接触高速膜厚测量系统采用PAO6基础润滑油进行了高速弹流润滑试验研究,采用玻璃环转动带动钢球旋转的牵引方式,模拟轴承外圈与钢球的润滑接触状态.试验结果显示高速下试验测得的中心膜厚值严重偏离经典弹流理论的预测.基于高速热弹流润滑模型分析了高速下膜厚降低并偏离经典弹流理论预测的原因,计算结果表明钢球与玻璃环之间的运动不是纯滚动,存在滑滚比,并通过测量钢球转速加以验证;进而结合数值计算结果中接触区温度的变化,探讨了高速弹流润滑膜厚行为机理,高速时较大滑滚比的存在使得卷吸速度远低于纯滚动理论值是膜厚下降的主要原因,由此而产生的热效应使得润滑油黏度下降,膜厚进一步减小.     

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。     

纯滑动点接触弹流润滑反常现象的理论分析

对点接触纯滑动弹流润滑进行了理论分析 ,应用“温度 -粘度楔”机理给出了关于 Kaneta等在光干涉弹流实验中观察到的油膜局部增厚的反常现象的合理解释 .数值解说明上述实验中固体表面出现凹陷主要是因热效应所致 .     

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。     

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.     

基于表面凹陷现象的非牛顿热弹流润滑分析

求出了非牛顿流体点接触热弹流润滑问题的完全数值解，并对玻璃一钢点接触的表面凹陷现象进行了理论及实验分析,结果表明：牛顿流体模型过高地估计了温度-粘度楔效应，而Ree-Eyring非牛顿流体模型能更好地解释温度-粘度楔效应．     

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.      

卷吸与滑动正交的热弹流润滑研究

在工程弹流润滑中两固体表面速度方向并不总是相同,当两表面速度大小相同而方向不同时,卷吸行为与滑动行为正交.针对该工作条件建立了热弹流润滑数学模型,得到完全数值解.数值模拟了固定卷吸速度条件下,当表面速度间夹角变化时油膜厚度和形状的改变.结果显示:随夹角增加中央膜厚增加,最小膜厚表现出先减小后增加的趋势.这种变化是几何楔与热黏度楔的共同作用的结果,也为近期Hoehn等膜厚随夹角不同的实验结果提供了另一种解释.     

乏油对纯滑动粗糙表面点接触热弹流润滑的影响

本文求解了纯滑动点接触热弹性流体动力润滑问题.分析中假设运动表面为光滑表面,静止表面在接触中心有1个垂直于卷吸速度方向的横向突起.将计算域划为乏油区、压力区和气穴区3个子区,乏油区和气穴区的压力计算算法一致,但是温度的计算方法不同.研究结果显示:在乏油工况下,油膜中压力和温度均在入口处新月形液面处开始建立,入口区乏油程度的增加会导致油膜中压力分布趋近于干接触状态,油膜中平均温度得以提高,最大压力和温度均出现在赫兹接触圆两侧的宏观马蹄形区域.同全膜润滑相比,油膜厚度被明显降低,并且随着乏油程度的增加,静止表面的突起逐渐被压平.     

高精度线接触时变弹流润滑问题的数值模拟研究

针对一类简单的粗糙度模型,采用高阶间断有限元法对线接触时变弹流润滑问题进行高精度数值模拟,采用网格自适应方法减少计算量,用适合高阶格式的惩罚方法处理自由边界,对不同几何参数下该类粗糙度模型进行计算.结果表明,自适应高阶间断有限元方法可以捕捉到时变情况下相对微观的物理细节,如由粗糙度和时变效应所引起的额外压强峰,而采用传统低精度方法很难捕捉到.     

计入油膜惯性作用椭圆接触弹流润滑性能研究

基于计入惯性项的Navier-Stokes方程和连续性方程,建立了计入油膜惯性作用的椭圆接触弹性流体润滑模型,研究了油膜惯性对椭圆接触弹流润滑性能的影响. 弹性变形通过快速傅里叶变换(FFT)计算,而油膜压力通过复合直接迭代法求解. 数值结果表明:在计入油膜惯性作用后,润滑膜的二次压力峰增大,入口区的油膜速度减小,且逆流区范围扩大;考虑油膜惯性作用后油膜厚度有所增大,当载荷从300 N增加到700 N时,中心膜厚最大增加了5.14%. 试验结果也表明,考虑油膜惯性作用后的中心膜厚数值解与试验结果更加接近.      

桥梁表面不平顺对车-桥耦合振动系统动力效应的影响

利用模态分析法以及时变力学系统的求解方法,考虑桥面不平顺产生的随机激励,以简支梁桥为对象,计算了四自由度模型车辆-桥梁耦合系统的动力效应,讨论了不同等级桥面平整度情况下桥梁冲击系数、车辆垂直加速度、车轮对桥的作用力的变化规律。结果表明,随着不平整度系数逐渐增大,冲击系数逐渐增大;平整度较差等级的桥面,车辆垂直加速度较大,车轮对桥的作用力也较大。     

表面微织构对球盘点接触润滑摩擦性能的影响

基于统一Reynolds方程系统模型开展了富油点接触工况下微织构表面润滑摩擦性能的数值模拟研究.在通过实验标定数值模拟中润滑剂流变参数的基础上,系统分析了微织构表面摩擦系数周期变化的全过程,初步揭示了微织构的减摩机理.结果表明：数值模拟结果与实验结果有较好的吻合;瞬时摩擦系数达到最小值时,微坑单元一般处于名义Hertz接触区域的前边界;当微坑运动到Hertz接触区域内时,微坑前沿局部膜厚减小,而微坑后边沿膜厚局部增大,形成局部膜厚增大区;局部膜厚增大区的大小对微织构的润滑摩擦性能有较大影响,其面积越大,减摩效果越好.     

表面织构对界面接触参数影响的实验研究

机械接触表面的接触刚度和接触阻尼是直接影响界面振动水平的两个重要动力学参数。本文介绍了一种测试机械连接界面接触刚度和接触阻尼的实验装置和方法,并针对用两种不同加工方法(激光加工及线切割)加工出的具有不同尺寸织构的试样与光滑平面相接触的界面进行了测量,初步探索了平面接触刚度和接触阻尼的表面织构效应,并得出结论：织构及润滑对接触刚度会产生一定影响,而实验中均未观察到这两者对接触阻尼有明显影响。     

Surface Roughness and Contact: An Apology

The Greenwood and Williamson theory of contact has been widely accepted, and perhaps does contain the essential feature needed: that asperities should have a height distribution which approximates to a simple exponential in the relevant range of heights. The Gaussian height distribution often found experimentally does indeed approximate to an exponential as required. It appears that Greenwood and Williamson's second assumption, that asperities may be treated as having spherical caps and as being identical except for their heights, is also useful: little is gained by treating the asperities as ellipsoids, or by introducing a distribution of asperity sizes. But a third, tacit, assumption, that 'peaks' on a surface profile – points higher than their immediate neighbours at the sampling interval used – correspond to asperities is quite wrong, and gives a false idea of both the number and the radius of curvature of the asperities. Instead we need to return to the earlier Archard concept that roughness consists of 'protuberances on protuberances on protuberances', and perhaps also to another Archard idea, the paradox that contact may be plastic at light loads but become elastic at heavier loads!     

表面形貌对滑动接触界面摩擦行为的影响

为了研究表面形貌对拉延形成的滑动接触界面摩擦行为的影响,设计了一种新型的摩擦试验装置.在油润滑条件下,针对具有单向沟槽、规则圆形凹坑和随机表面的铝合金试样,以不同滑动速度与接触压力进行一系列摩擦试验.利用非接触式三维轮廓仪测量出试验前后试样的三维表面形貌参数,并选取表面高度算术平均偏差Sa,表面支承指数Sbi,中心区空体体积Vvc和谷区空体体积Vvv来分析滑动接触界面表面形貌的变化规律.结果表明:规则圆形凹坑表面比单向沟槽表面和随机表面具有较低的摩擦系数;在相对低的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而减小,但在高的接触压力下,3种表面的摩擦系数随着接触压力的增大而增大;在接触压力一定的情况下,3种表面的摩擦系数对滑动速度有显著依赖性;表面形貌、滑动速度和接触压力是影响滑动接触界面摩擦行为的重要因素.     

粗糙表面滑动轴承非牛顿介质润滑的计算

分析了轴承润滑中非牛顿介质的流变特性以及轴承表面形貌对润滑效果的影响,推导出了修正的雷诺方程,在方程中用差分粘度和第一正应力差函数表征非牛顿介质的流变特性,采用流量因子表征表面形貌的作用.结果表明:差分粘度的变化是影响润滑结果的主要因素,它取决于不同介质的动态参数和剪切频率范围,非牛顿介质润滑的承载力并非总高于或低于牛顿介质;在动载荷条件下,第一正应力差效应使油膜压力明显增大;影响流量因子的2个因素为表面形貌的粗糙度和纹理,但其作用远小于非牛顿介质流变特性的影响.     

考虑上游泵送效应的滑靴副动压润滑特性

为了改善轴向柱塞泵滑靴副的润滑性能,利用仿生学原理,在斜盘上构建倾斜椭圆形微坑织构. 通过微坑产生的动压效应和上游泵送效应,以期能够优化滑靴副的摩擦性能并减少泄漏量. 基于CFD方法开展了具有椭圆形微坑织构滑靴副的建模与润滑性能研究,揭示了不同润滑介质黏度和转速下柱塞泵滑靴副的承载能力、泄漏量和摩擦系数随微坑倾斜角度的变化规律. 研究结果表明:通过在斜盘面上建立无倾斜椭圆形微坑,能明显提高滑靴副的承载能力,并降低摩擦系数,但会导致泄漏量增大;而在此基础上,通过将椭圆形微坑相对于其滑动方向旋转一定角度,滑靴副的承载能力和摩擦系数不会明显变化,但可以显著减小润滑介质泄漏量.      

考虑滚道表面油层分布的滚动轴承润滑分析

研究表明供油量对弹流润滑性能产生显著影响.滚动轴承中由于离心力和滚动体的反复滚压,滚道表面上的润滑剂呈现出非均匀分布的特点.大多数润滑剂被推挤到滚道的两侧,致使接触区的入口间隙不能被完全充满,导致乏油润滑,滚动体与滚道间接触压力接近于赫兹压力分布,膜厚较全膜润滑有明显的减小.本文基于润滑剂的流量连续建立滚道表面油层厚度分布模型,考虑润滑接触压力的影响,计算滚道上的侧流量以预测轴承滚道上补给油层厚度及形状随时间的变化规律;进而以此作为滚动体和滚道接触区的入口油层厚度,采用统一Reynolds方程法数值模拟计算每个时刻轴承滚道与滚动体之间的润滑油膜厚度,压力分布等参数,分析轴承在点接触乏油条件下运行的润滑性能.