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.      

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.      

自旋对椭圆接触热弹流润滑的影响

通过数值求解研究了自旋运动对热弹流润滑的影响,分析了不同载荷下自旋对压力?最小油膜厚度?油膜中层温度的影响以及滑滚比?角速度对油膜中层温度的影响.结果表明:载荷越重时油膜压力越大,油膜整体厚度越小,同时油膜顶部倾斜度越大,关于y=0截面油膜厚度曲线的不对称性越明显.自旋存在使得滑滚比不再是常数,而滑滚比越大之处温升越大,因此润滑油膜的温度分布不再关于y=0截面对称;另外,角速度越高则油膜中层温升越大,而出口峰值越靠近接触中心.     

球轴承启停过程的瞬态热混合润滑分析

建立了角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑了热效应和时变效应的Reynolds方程,对启动和制动过程中的球轴承瞬态热混合润滑问题进行了分析,考虑了不同加速度启动工况下的瞬态热混合润滑情况.结果表明:启动过程中,随转动速度的增大,最小膜厚增大,轴承逐渐由边界润滑进入弹流润滑状态;不同滑滚比下进入弹流润滑状态的时间有所不同,随着滑滚比的增大,进入弹流润滑的时刻有所推迟,轴承处于同一转速条件下的油膜厚度变小;随着转速的增大,油膜温度升高,最高油膜温度增长幅度减小;加速度的增大使边界润滑消失的时间提前,随着转速的增加,油膜温度增大,且在同一时刻加速度越大油膜温度越高;油膜减小过程中的挤压膜作用导致轴承制动过程中的油膜厚度大于启动过程中的油膜厚度;由于在相同转速下轴承在启动时处于边界润滑状态,而在制动时处于弹流润滑状态,润滑状态的不同导致制动过程中的最高油膜温度较启动过程较小.     

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.     

自旋对界面滑移弹流油膜的影响

应用旋滑式光干涉弹流薄膜测量系统研究了自旋对界面滑移条件下玻璃盘-钢球形成的反常弹流油膜的影响,通过弹流接触副与玻璃盘旋转中心距离的调节,在弹流润滑中实现不同程度的自旋,即引入不同的旋滑比.结果表明,随着旋滑比的增加,油膜整体厚度减小,油膜形状呈现明显的非对称性,人口凹陷的深度有所减小;最小油膜厚度的速度指数随旋滑比的增加而增加;固定偏心距,随着载荷的增加,最小膜厚先增加后减小,油膜形状的非对称性增强.对上述观察到的试验现象,也进行了相应的理论解释,认为自旋引起的卷吸速度变化及气穴区的不对称是主要诱因.     

不同滑滚比下润滑油膜流变特性试验观察与数值模拟

通过在原有的球-盘接触光干涉润滑油膜测量装置上增设摩擦力测量单元,实现了任意滑滚比下油膜厚度和摩擦系数的同步测量与润滑状态的直观识别. 采用FVA3参考油,分析了不同滑滚比、速度和载荷下的摩擦系数变化规律,并结合油膜干涉图明确了润滑状态与热效应机制,推断出摩擦系数曲面在较低速工况存在混合润滑区域;通过采用基于恢复时间的流变模型对FVA3油品的流变润滑进行数值模拟,并与同等工况下的试验结果进行定量对比,两者取得了良好的吻合性,验证了试验测量的准确性和流变模型的适用性.      

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.     

关于椭圆接触弹流润滑Hamrock-Dowson膜厚公式的再思考

使用常用的Hamrock-Dowson公式计算椭圆点接触中心油膜厚度时发现:当维持接触区中心赫兹压力为常数,增加椭圆比k_e超过一定值时,得到的中心膜厚不升反降,这与其物理本质相悖. 应用有限单元法重新对等温椭圆接触弹流润滑问题进行了数值计算,提出新的表征椭圆接触的综合几何参数. 在较大的速度和载荷范围内下,依据数值计算结果,拟合出修正端泄因子和修正中心膜厚公式. 修正公式与数值计算结果相吻合,且正确地表达了膜厚与椭圆比的关系.      

润滑薄油膜承载力的测量

利用面接触润滑油膜测量系统研究了固定倾角滑块轴承承载力问题.在滑块倾角和载荷固定不变的条件下测得油膜厚度与速度的关系,经过参数转换,得到无量纲承载量曲线.这不同于传统方法中在不同收敛比下对油膜压力的直接测量.结果表明:在薄油膜条件下实际承载量曲线和理论曲线表现了相同的变化趋势;实测值小于理论值;理论认为无量纲承载量唯一由收敛比决定,而实验结果表明无量纲承载量曲线受滑块倾角、载荷和润滑油性质的影响.     

冲击载荷下蛋白质水溶液吸附成膜的润滑试验研究

利用球盘接触形式的光干涉膜厚测量试验机,研究了周期冲击载荷作用下蛋白质水溶液在材料表面的吸附膜生长特性.对比了溶液蛋白质组分、亲疏水对偶表面和冲击条件对球盘接触区蛋白质吸附膜厚的影响.结果显示动态冲击下蛋白质的吸附膜厚要远高于静态吸附,吸附膜不断在接触区生长,之后趋于稳定.金属钢球比陶瓷球、疏水盘表面比亲水盘面,均更有利于蛋白质吸附膜的生长.同时发现吸附膜厚与单一蛋白质的浓度关系不大,却和蛋白质种类关系很大,球蛋白比白蛋白具有更好的吸附成膜性能.     

有限长滚子线接触热弹流润滑分析

应用多重网格解法 ,求出了有限长滚子线接触热弹流润滑的完全数值解 .结果表明 :在滚子的中部 ,油膜压力、温度和最小膜厚与无限长线接触热弹流润滑的解几乎一致 ;在滚子端部的圆角处 ,油膜压力、温度和最小膜厚与中部均显著不同 ,且最大油膜压力、最大油膜温度和最小油膜厚度均发生在此处 ,端部圆角半径对弹流润滑性能有显著影响 .同时 ,将有限长线接触热解与有限长线接触等温解进行了比较 .     

谐波减速器柔性轴承混合润滑分析

以谐波减速器FB815型柔性球轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹流润滑理论,建立了柔性球轴承的混合润滑数学模型,并对滚珠和内圈滚道的接触区进行了摩擦学性能分析.通过研究承载区滚珠在额定工况下的油膜厚度、压力、膜厚比等润滑参数,得到了危险点分布位置,并研究了载荷、转速、温度等因素对危险点润滑性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,适当提高转速和降低温度能够有效减小疲劳点蚀,提高柔性轴承的可靠性和使用寿命.     

粗糙度纹理对有限长线接触混合润滑影响

采用统一Reynolds方程建立有限长线接触混合润滑模型,研究横向、纵向和二维规则表面粗糙度的波长、幅值及工况变化对润滑影响.结果表明:波长、幅值与工况对三种表面粗糙度接触副的润滑影响类似;随着载荷增大,平均膜厚降低,摩擦系数、接触载荷比与接触面积比均增大;随着转速升高,平均膜厚增大,摩擦系数、接触载荷比与面积比均降低,其中摩擦系数随转速进一步增大而小幅升高.在润滑状态转换区域润滑特征参数变化显著,而其他润滑区域变化平缓.沿卷吸速度方向的压力与膜厚波动分布存在相位差,垂直方向则同相位;相同的工况和粗糙度参数时,纵向粗糙度分布更有利于接触润滑.     

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.      

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.     

薄膜润滑中的应力偶效应

利用应力偶理论计算了薄膜润滑的膜厚特性.计算结果表明:应力偶的作用相当于增加润滑剂粘度,其可以增加油膜厚度,提高承载能力;同时应力偶作用依赖于油膜尺寸,润滑油膜越低,其影响越明显.     

单个上升气泡与异质液膜相互作用的数值模拟

为了探讨在流体区域内气泡上升然后与异质液膜接触的过程中,气泡速度、形状随时间的变化,以及区域内液膜的运动特性。本文采用FTM方法模拟研究了在2D×D的空间范围内单个气泡从静止开始上升到与异质液膜接触过程中的运动特性。研究结果表明:气泡上升到与液膜一定距离后,会使液膜中间凸起变薄,并将液膜挤向两侧,气泡的竖直速度先增大后减小;液膜厚度不同时,气泡上升初期相同时刻的纵横比?基本相同;气泡上升后期相同时刻的纵横比随着液膜厚度的增厚而增大;不同表面张力下,相同时刻气泡纵横比随着表面张力的减小而减小;表面张力越小,气泡顶部和底端的压力差会越小,上升速度越小。     

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。     

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%.