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.     

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.     

条状润湿表面对面接触限量润滑油膜的影响研究

利用面接触油膜润滑测量系统,研究了条状润湿表面对有限量供油条件下入口区供油分布及润滑油膜厚度的影响. 对玻璃盘润滑轨道两侧进行疏油化处理,形成中央条状润湿区域,在有限量供油条件下测量不同速度下的油膜厚度. 结果表明在表面力驱动下,润滑油向中央条状亲油区域集中,改善了入口区供油,促进了限量供油条件下的油膜形成. 相对油膜厚度随速度的增加呈“S”型变化,同时研究了润滑油黏度及供油量等工作参数对条状润湿轨道作用的影响.      

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.     

滑滚条件下定量润滑状态与润滑剂回填效应试验观察

采用球-盘点接触光干涉油膜与摩擦力测量装置观察了滑滚条件下接触区润滑状态与润滑剂回填效应. 结果显示,在定量供油和恒定滑滚比下,不同供油量使接触区呈现出从边界润滑状态向弹流润滑状态的不同转化趋势,非接触回填机制是其诱因;在恒定卷吸速度下,随着滑滚比从负值向正值变化,入口距离减小、乏油宽度增加,接触区两表面润滑剂回填时间的差别是其主要原因;完全乏油条件下,接触回填机制对局部润滑油膜建立发挥明显作用.      

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.     

供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响

采用球盘接触模型,以入口油层厚度为输入变量,基于统一Reynolds方程法建立润滑分析模型,研究了供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响.数值计算结果显示:供油量显著影响接触区油膜厚度;微织构能改善摩擦副的润滑摩擦性能;严重乏油时接触区内微坑会产生气穴现象;瞬态下,微织构在乏油时较充分供油时改善润滑的效果明显.     

油气条件下供油时间对弹流润滑性能的影响分析

采用油气发生器,通过润滑剂厚度测量试验,建立了表面油层随供油时间变化关系.基于点接触乏油润滑模型和滚道表面油膜衰减模型研究了不同速度、载荷和表面粗糙度条件下自由表面油层厚度对润滑性能的影响.结果表明油气润滑条件下建立充分供油条件所需时间基本不随工况条件而变化,存在最佳供油时间和供油间隔.     

定量供油下球-环/球-盘接触形式润滑特性对比

采用球-环接触和球-盘接触形式的光干涉润滑油膜测量仪,在定量供油条件下观察两种接触形式下的不同润滑特性,分析了润滑差异性的内在机制.结果显示：在低速条件下球-盘接触膜厚始终高于球-环接触膜厚,由接触几何特性差异导致的不同动压效应、侧泄效应和润滑剂流动是其主要原因;在高速条件下球-盘接触形式易出现入口乏油,而球-环接触在整个测试速度范围内未出现乏油,不同的离心力作用方向是导致这种差异的诱因.试验还观察与分析了黏度对两种接触方式下润滑特性的影响：低速条件下,高黏度润滑剂易导致球-环接触出现乏油;高速条件下,高黏度润滑剂能够推迟球-盘接触时乏油状态的出现.     

基于荧光法的滚动轴承内部润滑油层分布研究

润滑油在轴承内的分布及其变化规律对轴承的润滑性能有显著影响. 在本文中搭建了滚动轴承模拟试验台,基于激光诱导荧光方法实现了滚动轴承内钢球-外圈接触区附近润滑油分布的观察与测量,获得了润滑油供给油层分布的三维形貌图,研究了不同供油量和转速对轴承内部供给油层分布的影响规律. 试验结果表明充分润滑条件下相邻钢球-外圈接触区供给油池之间会形成相互连接的油带;在高速情况下,钢球-外圈接触区供给油层厚度受前一个接触区尾部空穴影响而减小;供油量的增加会增大表观油池,但并不意味着入口有效供油层的增加.      

固体表面润湿性对滑块-盘接触润滑供油的影响

基于荧光技术,研究了固体表面润湿性对滑块-盘面接触供油的影响. 试验中以静止滑块和旋转玻璃盘构成摩擦副,润滑油围绕该面接触区构成一个供油油池. 结果表明:充分供油条件下,滑块表面的润湿性影响油池润滑剂的分布,但仍能保证接触区润滑剂的充分供给. 限量供油条件下,接触区外滑块表面润湿性影响了油池分布以及入口润滑剂的供给,低润湿性加剧接触区乏油程度,直接导致膜厚的降低. 润滑剂的高表面张力及在盘表面的低粘附都会改善润滑剂在润滑轨道上的回流;润滑剂在盘表面的反润湿现象导致了离散分布的微液滴,对润滑轨道上的回流和润滑油膜的形成起到了正面作用.      

Experimental investigation of bubbly lubricated externally pressurized thrust bearings

Experimental results are presented for a bubbly lubricated externally pressurized circular thrust bearing. The data consists of the measured radial pressure distribution together with the lubricant mass flow rate over a wide range of inlet pressure, air mass flow rate ratio, for an either stationary or rotating bearing.It is shown that the air injection always improves the pressure distribution in the bearing and so can completely avoid the negative pressure generated due to rotational inertia. Also it is shown that the bearing load carrying capacity increases as the injected air mass flow increases, especially at high inlet pressure. The lubricant mass flow rate is reduced by the increase of air mass flow rate and by the decrease of bearing rotational speed.Finally the experimental results described in this paper are in good agreement with the mathematical analysis, based on the homogeneous flow model presented previously.     

表面速度异向条件下定量脂润滑特性试验观察

采用球-盘点接触光干涉油膜测量仪观察了不同钢球和盘表面速度夹角下脂润滑的油膜特性. 试验发现,在表面速度异向条件下呈现出与已有定量脂润滑明显不同的两个特征:接触区入口油池的出现和油膜外形非对称性. 其中入口油池的出现使油膜厚度和润滑持续时间得到显著提升,这一发现也证明将经典的乏油边界条件应用于速度异向工况具有局限性;油膜外形的非对称性主要由滑动分量诱发的接触区温度分布不均匀引起,而且非对称性随着速度和角度的增加而变得明显. 表面速度异向条件下两表面上滚道交叉促进润滑剂回填,是入口油池形成的主要机制.      

A Simplified Model for Calculating Hydrodynamic Lubrication Film Thickness in Elastoplastic Line Contacts

The present paper proposes a simplified model for calculating hydrodynamic lubrication film thickness in elastoplastic line contacts. According to the Saint-Venant’s principle, the pressure in the contact is taken as uniformly distributed, this gives the contact surface elastic deformations in the inlet zone far away from the contact center close to real ones while gives those close to the contact center greater than real ones. This treatment is validated for hydrodynamic lubricated elastic contacts for relatively light loads and high rolling speeds. It gives the film thickness at the contact center a little higher than that calculated based on the real elastic model. The treatment is extended to a hydrodynamic lubricated elastoplastic line contact. The contact surfaces in the inlet zone are assumed as elastic and their deformations are calculated based on the uniform pressure distribution in the elastoplastic contact area. An inlet zone analysis is taken for obtaining the calculating equation of the hydrodynamic film thickness at the contact center. The equation overestimates the central film thickness but gives a satisfactory film thickness prediction for the heavy load which gives significant plastic deformations in the elastoplastic contact. It is found that when the load is lighter than 0.6 w _pc , the contact can be taken as elastic when calculating the central film thickness, while when the load is heavier than 0.6 w _pc , the contact can be taken as fully plastic; Here w _pc is the critical load for the contact fully plastic deformation. The plastic deformation in an elastoplastic line contact is found to reduce the hydrodynamic lubrication film thickness in the contact. This reduction is greater for higher rolling speeds and heavier loads. However, it is significantly dropped with increasing surface hardness.     

Effect of surface texturing on lubrication film formation and rolling contact fatigue within mixed lubricated non-conformal contacts

The paper is focused on the influence of surface micro-cavities in non-conformal contact on tribological quantities, such as lubricant film thickness, contact pressure and especially rolling contact fatigue (RCF). Both the possible negative and positive effects of surface texturing under mixed lubrication conditions are considered. The lubricant film thickness was measured using optical test rig based on thin film colorimetric interferometry, where the contact is realized between steel ball and glass disc. The experimental apparatus consisting of two discs loaded and running against roller specimen was used for measurement of RCF. Obtained results confirmed the key effect of micro-features depth on film thickness and RCF behavior under rolling/sliding conditions.     

HKD-1型航空润滑油特征剪切应力及有效粘压系数确定的研究

在球盘式拖动力试验机上,对HKD-1型航空润滑油进行拖动力测量,给出了根据拖动力试验曲线的非线性上升段确定润滑油有效粘压系数和特征应力的方法,对HKD-1型航空润滑油在试验条件下的粘压系数和特征应力进行分析,并建立了其计算公式.结果表明:特征应力和有效粘压系数的求解方法简单合理,其计算公式的拟合精度较高,可为轴承动态特性设计提供计算依据;随着接触压力、入口油温和滚动速度增加,HKD-1型航空润滑油的特征应力增大,其粘压系数减小;滚动速度对特征应力和粘压系数的影响小于接触压力和入口油温.