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．     

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.     

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.     

对数滚子的热弹流凸度量设计研究

基于最佳凸度量取值区间的概念,针对性能最优的对数轮廓滚子,提出了根据热弹流理论进行凸度设计的方法.使用该设计方法研究了对数滚子凸度量修正系数随工况参数的变化规律.定义了轴向膜厚分布系数和轴向压力分布系数,通过限制二者许用值的方法确保压力分布和膜厚分布的轴向均匀性,而轴向膜厚分布系数和轴向压力分布系数的许用值分别与最佳凸度量取值区间的下限和上限相对应.研究指出:轻载时凸度量修正系数的下限随载荷的增加而增加;重载时凸度量修正系数的下限随载荷的增加而趋于稳定,凸度量修正系数的上限随载荷的增加而增大;速度参数对最佳凸度量取值区间的影响不显著.     

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.     

润滑剂边界滑移及其对弹流润滑特性的影响

基于润滑剂在弹性流体动力润滑状态下表现出类似塑件固体的非牛顿特性，根据塑性屈服和流体动力润滑理论，建立了考虑润滑剂在固液界面滑移的线接触弹流润滑失效预测模型。计算结果显示：载荷和滑滚比对润滑油膜厚度影响显著；在一定载荷和滑滚比下，润滑油膜将丧失承载能力而破裂。与现有理论及实验数据对比，线接触弹流润滑失效预测模型的计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

微油滴供油条件下弹流润滑行为的数值分析

油气润滑条件下润滑油以微油滴形式供给摩擦副,基于此建立了简化的单个微油滴供油弹流润滑模型,模拟了微油滴通过弹流接触区的全过程.结果表明:卷吸速度和润滑油黏度会影响微油滴的扩展距离,进而使接触区油膜的形成产生差异.卷吸速度越高,或润滑油黏度越大,微油滴的扩展距离就会越小,油膜仅在接触区中部区域产生,微油滴类似硬质颗粒般在接触表面挤压出凹坑穿过接触区.理论结果和实验结果对比,具有良好的一致性.     

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.     

考虑摩擦动力学特性的渐开线齿轮润滑分析

以渐开线齿轮为研究对象,综合考虑齿面摩擦、油膜刚度和阻尼的影响,将摩擦动力学特性和齿面形貌考虑到有限长线接触弹流润滑理论(EHL)中,采用多重网格数值求解法获得了渐开线齿轮在不同啮合位置处的动载荷分布,压力与膜厚分布,并对比分析了干摩擦与润滑条件下压力分布的不同特征以及动载荷对油膜分布的影响.计算结果表明:低速时,动载荷接近稳态分布,在单双齿交替点有明显的高频冲击,随着转速的增加,动载荷变化趋于平缓;与干摩擦相比,润滑油膜可以减小最大压力峰值以及入口区和出口区的压力,但对粗糙峰凹谷处压力有所增加.沿啮合线方向,压力在节点位置附近达到最大值,膜厚受动载荷的影响较小,近似呈线性增加趋势.     

渐开线齿轮传动非牛顿润滑介质的线弹流数值分析研究

采用适合各种流变模型的广义Reynolds方程，通过数值联立求解非牛顿介质的线弹流润滑基本方程组，获得了渐开线齿轮啮合过程的油膜压力、膜厚、表面剪应力分布，并分析了啮合过程中非牛顿效应对齿轮传动最小油膜厚度的影响。在数值计算方向引入延拓方法，使表面煎应力迭代具有大范围收敛性。     

两种线接触非稳态部分弹流模型数值解的比较

本文利用一种快速求解弹流问题完全数值方法，求解了包含挤压项的非稳态部分弹流的Ｐａｔｉｒ和Ｃｈｅｎｇ的平均流动模型以及吴承伟的郑林庆的接触因子模型，研究了微峰接触动态变化特点以及这两种部分膜型的数值解异同，为更加直观、简单的部分弹流问题的接触因子模型的工程应用提供了理论依据。     

非牛顿体通用模型线接触弹流润滑的数值分析

基于润滑剂在弹流润滑状态下表现为非牛顿体特性,根据弹流润滑理论,采用一种新的非牛顿体流变模型,建立了适用于非牛顿体的修正Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,进行了等温弹流润滑的数值计算,并在等温解的基础地温度场分析。数值分析结果表明,由于滑滚比和模型参数对剪应力影响较大,因而在滑滚比和模型参数较大时应进行热弹流计算。通过温度场分析可证明：非牛顿体通过模型可用于等温弹流润滑和热弹流润滑计算。     

酰胺型改性菜籽油润滑添加剂对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的影响

以三乙醇胺和菜籽油为原料,合成了一种环境友好的酰胺型改性菜籽油润滑添加剂(NRO),并利用红外光谱对其主要官能团进行了鉴定;分别采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了含NRO添加剂的菜籽油对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的影响,用扫描电子显微镜观察和分析了钢球磨斑表面形貌,同时采用X射线光电子能谱仪分析了铝合金磨痕表面典型元素的化学状态,探讨了酰胺型改性菜籽油润滑添加剂的减摩抗磨机理.结果表明:含酰胺型改性菜籽油添加剂NRO的菜籽油对钢-钢摩擦副和钢-铝摩擦副均表现出良好的抗磨减摩作用;其作用机理在于,酰胺型改性菜籽油添加剂具有较强的极性、易在金属表面形成吸附膜,同时在摩擦过程中形成由含有机氮、亚硝基或硝酸根化合物组成的高强度聚合物膜.     

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.      

Lundberg对数滚子的热弹流特性及其凸度量的修正

研究了Lundberg对数轮廓滚子的弹流特性,并探讨了不同凸度量对压力分布和膜厚分布的影响.结果表明:在弹流状态下Lundberg对数滚子端部仍略有压力集中,且端部膜厚过薄,应适当增大凸度量;而随着凸度量增大,压力逐渐沿滚子轴线向中部集中而导致载荷分配不均.设计凸度量时应综合考虑润滑油成膜性能与压力分布两方面因素的影响,凸度量存在1个最优取值区间,其上、下限分别由压力分布和膜厚分布所决定.提出的凸度量最佳取值区间比以往相关文献中提出的最佳凸度量更合理并便于工程应用.     

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%.