周期性载荷对非牛顿热弹性流体动力润滑的影响

本文应用数值方法分析了周期性动载荷对线接触热弹性流体动力润滑的影响,使用Ree-Eyring流变模型来描绘润滑剂的非牛顿性质。结果显示,周期性动载可以阻滞油膜的变化并在一定程度上增加膜厚。频率很高的动载可以显著改变压力和温度的分布规律,但润滑剂的非牛顿性质在中轻载条件下并不重要。     

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.     

线接触弹性流体动力润滑的供油条件分析

以油膜起始位置为参数,求出了等温线接触弹性流体动力润滑问题的完全数值解.通过流量分析,建立了有效供油膜厚与油膜起始位置之间的关系.结果表明,弹性流体动力润滑的供油方式可划分为过量供油、适量供油和乏油3种类型.在过量供油条件下大部分润滑油不能进入接触区,因而并不能改善润滑状态.在适量供油条件下所有润滑油均可通过接触区并能够获得最大的油膜厚度.在乏油条件下所有的润滑油也均可以通过接触区,而油膜厚度则完全由供油量确定.同时,数值结果也指出,只要运动表面存有数量级为1 μm厚的一层油液就足以满足适量供油条件而得到最佳的润滑效果.     

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.     

考虑热弹性变形的角接触球轴承微观热弹流分析

运用点接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的角接触球轴承中滚珠和内圈接触表面的热弹性变形和表面随机粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和随机粗糙度影响的角接触球轴承热弹性流体动压润滑分析方法.该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚珠和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚珠和内圈表面因油膜温度场变化引起的热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及热弹性变形等主要润滑特性,研究了内圈转速、滑滚比和滚珠数量的变化对油膜厚度和油膜压力的影响规律,结果表明:最大热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,并且内圈转速、滑滚比和滚珠数量的变化对油膜厚度和压力会产生明显的影响.进一步对比分析了几种算法下的最小膜厚,验证了计入热弹性变形的数值算法的可行性.     

大型水轮发电机推力轴承热弹流润滑性能分析

以巴氏合金瓦和弹性金属塑料瓦推力轴承为例,介绍了大型水轮发电机推力轴承热弹性流体动力润滑性能的有限元分析方法。物理模型包括润滑油膜、推力轴承和镜板推力头,采用ADINA（T）程序计算水口巴氏合金瓦和三峡弹性金属塑料瓦推力轴承和镜板推力头的热弹性变形,并对轴承性能的计算结果和测量结果进行了对比分析。结果表明,计算结果和实测结果吻合。     

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.      

支点变形对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响

本文中建立了水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,采用Hertz接触模型,以自定义可倾瓦推力轴承起动过程发生初始倾斜时刻转速—初始倾斜转速Uft为对象,分析了支点接触与磨损变形量、载荷大小对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响.初始倾斜转速Uft随着支点变形量增大而增大,随着载荷增大而增大.在给定可倾瓦推力轴承可接受初始倾斜转速最大值Uftc情况下,几何尺寸确定可倾瓦推力轴承载荷及支点变形均存在最大值.采用水润滑可倾瓦推力轴承性能试验台进行模型验证,结果表明:Uft测量值与数值分析结果吻合度较高,误差小于10%;采用加速度传感器及扭矩传感器联合方法可以比较准确地判断出轴承推力瓦发生倾斜时刻,从而确定可倾瓦推力轴承的Uft值.     

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 .     

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.     

温度对内燃机排气凸轮/挺柱润滑的影响研究

对内燃机排气凸轮/挺柱摩擦副进行了瞬态热弹性流体润滑仿真和瞬态等温弹性流体动力润滑仿真,并比较了2种仿真的结果.结果表明,尽管2种仿真得到摩擦副的接触压力、润滑油膜厚度以及摩擦系数在凸轮1个旋转周期内的变化趋势非常相近,但其参数的大小却差别较大,尤其是油膜厚度在2种数学模型下的计算结果相差5倍左右.在对此类摩擦副进行润滑研究时,不能忽略温度因素的影响.     

典型磨损情况下的内燃机性能退化预测

通过内燃机热力学建模,考察了两类典型的磨损情况对整机性能的影响:一类是由于磨损和变形而引起的气门间隙变化(进而导致气门升程变化),另一类是由于缸套-活塞组件之间的磨损而引起的漏气间隙变化.通过分析可知,发动机在运行中的磨损等结构退化现象使发动机的性能大幅下降.因此,应当在设计阶段通过抗磨损的摩擦学设计等手段,延长关键部件的正常工作寿命.     

内燃机磨合与表面改性实验研究

针对EQ6100型汽油机,利用内燃机磨合台架试验装置对所研制的内燃机专用磨合油与普通15W／40内燃机油进行对比磨合试验,对磨合油液进行直读铁谱分析,对缸套－活塞环磨合表面形貌及元素组成进行测试分析。结果表明：专用磨合油的磨合效果明显优于普通内燃机油;超细金刚石微粉可以加速磨合进程,分化并减小磨屑尺寸,从而避免缸壁拉伤和改善缸套－活塞环摩擦副的摩擦学特性。     

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.     

内燃机润滑油流变性能的研究

利用ＨＡＡＫＥＲＯＴＯＶＩＳＣＯ ＲＶ２０ 型流变仪测试了６ 种ＣＤ级柴油机油和５ 种ＳＥ级汽油机油的粘温曲线,确定了它们在Ｖｏｇｅｌ和Ｗａｌｔｈｅｒ－ＡＳＴＭ 模型下的粘温关系． 研究结果表明：多级油的粘温性能优于单级油;在剪应变率小于６ ０００ ｓ－ １、温度低于１００ ℃的范围内,多级油并未表现出非牛顿特性．     

内燃机摩擦学综合设计决策研究

以内燃机低摩擦功耗设计为目的，以满足各项摩擦学性能指标为约束，提出并建立了基于基因模型的混合进化设计方法，构建了适合领域特点的专家修正算子和屏蔽算子，并进一步拓展出分层基因模型及相应的协同进化算法，建立了参数协调机制．结果表明，利用该模型和方法可在设计空间中获得优选方案的种群，从而为设计决策提供依据，相关研究结果在内燃机活塞子系统以及内燃机整体设计的设计决策中得到了成功应用．     

内燃机活塞环开口重叠的摩擦机理分析

根据曲轴扭矩传递原理得到了相关数学模型,进而计算了连杆轴颈偏转和活塞往复转动;在考虑燃气压力、往复惯性力和流体摩擦力,以及转动摩擦阻力矩、转动惯性力矩和气体摩擦力矩作用的基础上,提出了活塞环随活塞同步转动的判别条件,建立了活塞环相对转动的分析模型．结果表明：在内燃机工作循环中,连杆轴颈的正、负偏转引起活塞往复转动,在燃气爆发位置附近产生最大偏转和转动幅值;在少量曲轴转角区间内附着力矩小于转动阻力矩,此时活塞环不能与活塞保持同步而是与活塞之间发生相对转动;第二气环转动角度大于第一气环,当2个气环的开口转到相同位置时,活塞环出现开口重叠．     

影响内燃机活塞环—缸套擦伤的因素及防擦伤的摩擦学设计

阐述了内燃机活塞环－缸套擦伤的机理。分析了磨合，缸套表面形貌，活塞环外形，活塞组件的热变形与机械变形，润滑油，材料和表面覆层等因素对活塞环擦伤的影响。指出可以采用内燃机强化系数ｐｅｖｍ作为活塞环防擦伤摩擦学设计的判别特征值，从而为从设计上防止活塞环擦伤提供了思路。     

RV减速器主支撑角接触球轴承混合润滑分析

针对RV减速器角接触球轴承承受预紧力、轴向力和径向力等联合外载荷作用的工况,分析得出了内、外圈滚道接触界面的接触区几何参数和接触载荷.在此基础上,综合考虑了角接触球轴承的接触区宏观几何、接触载荷、真实表面粗糙度、瞬态效应等因素,建立了角接触球轴承混合润滑数学模型,分析了在不同工况下角接触轴承的润滑状况及表面以下应力分布.结果表明:随着载荷的不断增加,钢球与内圈沟道之间的油膜厚度会不断减少,导致干接触面积迅速扩大,接触点表面以下最大应力增大;转速的增加会使油膜变厚,干接触面积缩小.该结果对角接触球轴承的实际工程应用具有重要借鉴意义.