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 .     

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．     

摆动工况下有限长线接触弹流润滑研究

针对对数凸型滚子接触副,推导出滚子按照正弦规律摆动时的等温有限长弹流数值分析模型,通过分别建立两套坐标系统的方法解决了求解过程中润滑入口区和出口区在摆动周期内交换的问题,揭示了摆动过程中油膜压力和厚度的分布规律,并讨论了摆动频率的影响.结果表明:在摆程不变的条件下,膜厚随摆动频率增加而增大,有利于润滑膜的建立,但同时会增加1个周期中的最大压力及压力波动幅度,使工件易于疲劳;对于相同凸度量,在低频摆动工况下边缘效应较高频工况下的严重,因此在低频摆动工况下使用滚子设计时需要增大其凸度量.     

有限长线接触弹流理论研究的最新进展

在课题组已发表综述的基础上查阅了近二十年来的公开文献,系统总结了有限长线接触弹流理论的最新发展,着重介绍了现阶段有限长线接触弹流研究的主要方向,包括热效应、非牛顿流体、偏歪斜工况、脂润滑、端部自由表面、镀层、乏油等;分析了最新的研究热点,包括润滑分析与动力学分析的耦合、疲劳寿命的预测、并行算法等问题;给出了有限长弹流理论仍需深入研究的几个方面,随着我国产品由量到质的转变,精度、寿命的要求越来越高,如何方便的将理论研究移植到产品开发过程,已经成为一个迫切需要解决的问题.     

表面变形计算的椭圆抛物面法

弹性接触，特别是弹流问题中弹性变形的数值计算十分重要，为给工程实际中重载和有限长滚子摩擦副等收敛性差的弹流问题计算提供更加有效的手段，利用压力曲面拟合的新方法，提出了一种弹性流体动力（弹流）润肖问题中表面弹性变形计算的椭圆抛物面法。这种方法不仅考虑到单元上的离散压力样本值与周围４个离散压力样本值的密切联系，而且采用的拟合函数也比较简单，其计算量界于Ｄｏｗｓｏｎ－Ｈａｍｒｏｃｋ（Ｄ－Ｈ）法和双二次拟     

滚子摩擦副弹流润滑特性及其应用：Ⅱ.工程对数滚子的弹流数值解

通过等温富温工况下滚子摩擦副弹流数值解研究表明,工程对数滚子具有良好的润滑特性,轻载时呈现大椭圆比点接触的特征,最小油膜厚度出现在中部,轴向油膜形状和压力分布比较均匀。载荷增大端部出现闭合效应,油膜压力局部升高,形成的封油作用使中部油膜略微增厚,最小油膜厚度转移至端部,厚度减小;速度增加使闭合效应加剧。     

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.     

渐开线直齿轮牛顿流体非稳态热弹流润滑分析

齿轮的非稳态弹流润滑问题由于啮合过程中滑滚比、曲率半径、卷吸速度和载荷变化范围较大,因此数值计算稳定性很差。而考虑热效应的齿轮非稳态弹流润滑问题,数值计算就更困难。本文应用多重网格技术,求得了齿轮牛顿流体润滑情况下,非稳态热弹流润滑问题的完全数值解。     

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.     

摆动工况下有限长线接触弹流的实验研究

针对对数型凸度滚子,在自制的滚子接触光弹流试验装置上开展了摆动工况弹流的实验研究.在2种不同摆动频率下,测量了弹流润滑油膜厚度和形状.结果表明:在一定载荷范围内,对数凸型滚子弹流润滑状态下的油膜厚度沿轴向呈均匀分布.摆动工况下润滑油膜的变化受到楔形效应和挤压效应的共同作用;低频时卷吸速度变化较小,以挤压效应为主;高频时卷吸速度变化较大,楔形效应增强.在卷吸速度为零时,油膜被封入接触区内,高频时形成的凹陷更为明显.     

润滑力学中非牛顿流动的普遍Reynolds方程

本文导出了润滑力学中关于非牛顿流动的普遍 Reynolds 方程。这一方程适用于多种非牛顿流动模型,可以用于解算热流体动力润滑或热弹性流体动力润滑膜的压力分布。本文给出了一种同时求出剪应力、剪切率、速度和等效粘度的解法,并以两种润滑力学中常用的流变模型为例,应用这一方程得到了线接触热弹性流体动力润滑问题的数值解。     

一种高比压润滑涂层的研制及其摩擦学性能研究

利用粘结剂共混改性和填料复合等技术研制了一种润滑涂层,该涂层适用于高比压、低速度下的滑动和滚动摩擦部件,具有良好的摩擦磨损性能,与同类产品相比,该润滑涂层能够随1500-2000MPa的高比压,并具有低摩擦、长寿命及良好的储存稳定性和耐温性等特点,已成功应用于国家某重点工程的零部件上。     

Thermoelastic instability of functionally graded materials with interaction of frictional heat and contact resistance

Both of the frictional heat and thermal contact resistance have a grave responsibility for the localized high temperature (hot spots) at the contact region, which is known as one of the most dangerous appearances in the brakes systems. In this paper, we study the thermoelastic instability (TEI) of a functionally graded material (FGM) half-plane sliding against a homogeneous half-plane at the in-plane direction. The interaction of the frictional heat and thermal contact resistance is taken into account in the TEI analysis. The material properties of the FGM half-plane are supposed to follow the exponential function along the thickness direction. The coupled TEI problem of FGMs is solved by using the perturbation method. The frictionally excited TEI of FGMs is also considered by neglecting the effect of the thermal contact resistance. The results show that the thermal contact resistance, sliding speed and gradient index have significant influence on the TEI. It is found that the variation of the gradient index of FGMs can increase the critical sliding speed and critical heat flux, and therefore improve the TEI of the sliding system.     

轮轨滚动摩擦温升分析

利用有限元法,考虑轮轨间非稳态热传导、与环境的热对流以及热辐射的影响,建立了轮轨滚动接触热耦合计算模型来模拟轮轨滚滑摩擦温升;在模拟轮轨纯滑动条件下,计算分析了由磨损引起的滑动接触斑的尺寸增大对轮轨温度场的影响;在模拟轮轨接触斑部分滑动工况时,针对不同蠕滑率、摩擦系数以及轴重对轮轨温度场的影响进行了相应的计算分析.结果表明:接触斑材料的磨损速度只影响磨损过程中的温度场分布,其稳态温度场分布基本一致;热载荷随着纵向载荷、蠕滑率以及摩擦系数的增大而增大,进而影响轮轨滚动接触热疲劳.     

磁头/磁盘滑动接触下磁盘温度及热退磁临界条件的研究

采用二维轴对称有限元模型计算磁头/磁盘滑动接触下,铝质磁盘的稳态温度和热应力场以及热退磁临界条件.结果表明:磁盘温度在极短时间内升至摩擦稳态值,然后缓慢线性升高到最终稳态值;经过充分热传导和热交换后磁盘的温度梯度较小,此时磁层内的热应力集中分布于磁盘固定端边缘附近;磁盘的稳态温度和热应力均随速度增大而增大,且载荷越大其值增大越快;热应力小于1.2 GPa时所对应的速度和载荷为安全工况;温升大于373 K时所对应的工况将导致磁盘退磁.     

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。     

A generalized Reynolds equation based on non-Newtonian flow in lubrication mechanics

A generalized Reynolds equation based on non-Newtonian flow is derived in this paper. This equation is suitable for a number of non-Newtonian flow models and can be solved numerically to obtain pressure fields in thermalhydrodynamically or elastohydrodynamically lubricated fluid films. A mathematical approach is given for solving simultaneously the shearing stress, shearing rate, velocity and equivalent viscosity. To show the application of this equation, two rheological models which have been widely used in lubrication mechanics are incorporated into this equation to obtain numerical solutions to the line contact thermal elastohydrodynamic lubrication problem.     

铁路车轴过盈配合面微动损伤分析及有限元仿真

基于全尺寸铁路车轴疲劳试验,观察并分析了微动区损伤形貌及损伤机理.基于测量的磨损轮廓建立有限元模型,计算分析了微动磨损对过盈配合面微动参量及轴向应力的影响.结果表明:轮座近加载侧存在1个宽度约为20 mm的微动损伤区,根据形貌特征可以分为3个区域.仿真得到的微动滑移区宽度与损伤区宽度基本一致,张开区宽度略小于磨损区.未磨损时,接触压应力、摩擦剪应力及轴向应力峰值均出现在接触最边缘;在微动磨损作用下,接触压应力、摩擦剪应力、轴向应力峰值出现在磨损-未磨损边界,且轴向应力数值在磨损区由负变正.磨屑的存在为接触面提供承载平台,在一定程度上抑制应力集中向内部转移.     

FRICTIONAL TEMPERATURE ANALYSIS OF TWO-DIMENSIONAL ELASTO-PLASTIC WHEEL-RAIL SLIDING CONTACT WITH TEMPERATURE-DEPENDENT MATERIAL PROPERTIES 1)

轮轨滑动接触温升的准确预测对于轮轨的磨耗和疲劳研究均具有重要意义. 目前的轮轨温升解析或半解析模型通常考虑Hertz弹性接触压力分布和单一材料属性的温度相关性, 与实际的轮轨传热状态尚有一定偏差, 因此在轮轨滑动温升计算模型中考虑接触压力的塑性修正和多种材料属性的温度相关性, 有望提高温升预测结果的准确性. 基于弹塑性接触理论, 同时考虑热导率、比热容和摩擦系数的温度相关性, 通过基尔霍夫变换方法以热导率温度相关性函数的积分作为待求量, 将复杂的非线性Fourier导热方程转化成含单个变系数的简单偏微分方程形式, 从而构建了一种不限制材料温度相关性函数形式的统一隐式差分求解格式, 分别讨论了对流换热系数、法向载荷、蠕滑率以及行车速度对钢轨表面滑动温升的影响. 结果表明, 当列车高速行驶时, 对流换热系数对轮轨滑动温升的影响甚微; 蠕滑率和行车速度的增大, 均会引起摩擦功率的增大, 进而导致钢轨表面温度的升高; 钢轨表面滑动温升的峰值随法向载荷的增大而近似线性上升. 此外, 在轮轨滑动温升计算模型中考虑材料属性的温度相关性可有效避免对滑动温升的过分高估, 且摩擦系数的温度相关性对温升的影响要显著强于热导率和比热容.