活塞环润滑状态的分析与应用

应用雷诺方程描述了内燃机中活塞环的润滑状态,在数学模型中考虑了表面形貌,给出了描述表面形貌的数学表达式,从而可定量地分析粗糙度方向与粗糙峰高对润滑状况的影响。应用有限差分法及数值迭代对修正后的雷诺方程进行了求解,讨论了相关因素对油膜厚度的影响,总结了它们对汽车应用产生的影响。     

汽车发动机活塞环润滑状态的分析研究

采用雷诺方程描述了内燃机中活塞环的润滑状态,从而定量地分析了粗糙度方向与粗糙峰高对润滑状况的影响;并且讨论了弹性变形、表面形貌因素对发动机运行中油膜厚度的影响,对汽车运行有一定的指导作用.     

超薄气体润滑磁盘／磁头系统动力学分析

应用修正后的雷诺方程描述超薄气体轴承的润滑特性,应用伽辽金近似建立气体轴承有限元法分析模型。使结构动力学模型与气体动力润滑模型有机地集成起来,建立了气体轴承-磁头结构的系统动力学模型。在考虑表面粗糙度对磁头飞浮稳定性影响时,引进方向模式参数以描述磁盘的表面形貌,仿真结果表明,粗糙表面能有效降低磁头瞬态响应时间,通过参数合理设计可阻止磁头的共振响应,粗糙度的方向特征对动力学的响应有一定的影响,但随着膜厚与粗糙峰高比率的增大,方向特征的影响将逐步降低。     

对流体动力润滑基本方程的再探讨

对流体动力润滑的基本方程重新进行了探讨，严格证明了雷诺方程的右端小于零是在两润滑表面之间形成流体动力润滑的充要条件，指出形成稳定的流体动力润滑并不需要同时具有相对滑动速度和沿速度方向收敛的间隙。在廓清雷诺方程中的挤压作用项和楔形作用项的概念的同时，针对移动表面的润滑问题，提出一个比现在通行的雷诺方程更具一般性的雷诺方程。     

随机型条纹粗糙表面的弹流润滑

本文在不同的工况及形貌参数下，用Ｎｅｗ－ｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ完全数值解法，对任意条纹方向两维粗糙度的随机雷诺方程进行了数值求解，讨论了表面粗糙度及其纹路方向对机械零件润滑状态的影响。     

液压缸活塞表面微织构动压润滑性能分析

以织构化间隙密封液压缸为研究背景,利用平均雷诺方程对缸筒与活塞的配合处微织构流场进行数学建模,采用有限差分法对平均雷诺方程进行离散,分别对织构形貌为球缺面、圆柱面、圆锥面、抛物面、六面体和正方体进行数值模拟,获得最优微织构形貌,同时探讨了表面粗糙度,表面方向参数和面积占有率对表面摩擦因数的影响。结果表明:六种不同形貌的微织构均能在活塞表面产生动压润滑效果,圆柱形微织构表面动压润滑性能最好;粗糙表面的粗糙峰在运动过程中能够形成动压承载力,圆柱形表面的摩擦因数随粗糙度的增加而增加,微织构的摩擦因数随表面方向参数的增加而减小,随着面积占有率的增加而减小。     

表面形貌对粗糙接触界面流体润滑特性的影响

为探究不同表面形貌对粗糙接触界面液体润滑特性的影响，基于有限差分法结合雷诺方程和膜厚方程，研究阶梯形貌、波纹形貌、随机形貌和峡谷形貌4种不同粗糙接触界面液体润滑时的载荷分布及规律。研究发现：4种粗糙表面的三维载荷分布规律都与其表面形貌相对应，在波“峰”处载荷大，摩擦力随载荷的增大而增大，在波“谷”载荷小，摩擦力随载荷减小而减小；4种粗糙表面的载荷随表面展开面积比的变化趋势却有所不同；随表面展开面积比的增大，阶梯形貌表面的载荷呈线性增大，波纹形貌表面的载荷基本不变，随机分布形貌表面的载荷呈增大趋势，峡谷形貌表面的载荷呈先增大后减小的变化趋势。研究结果可以进一步补充现有表面形貌表征和流体润滑等相关研究理论。     

规则形貌作用下非牛顿流体润滑的数值分析

利用Navier-Stockes方程和有限体积法,求解斜面滑块润滑模型的承载力和摩擦力,研究形貌高度较大时,表面形貌影响下非牛顿介质的润滑效果,获得用传统的包含表面形貌统计模型的雷诺方程方法难以获得的流场的细节信息。数值结果显示：在规则横向条纹形貌的作用下,形貌突变处出现压力突变;当形貌高度大于1%油膜厚度时才对润滑结果有较大影响,承载力和压差阻力随形貌高度的增加而增加,摩擦阻力随之下降,总阻力基本保持不变;当形貌高度大于油膜厚度的10% 时,摩擦阻力随之上升,总阻力迅速增加。非牛顿介质幂律模型参数对润滑结果的影响远大于形貌参数的影响,但其并不影响承载力等结果随形貌高度变化的趋势,选择合适的润滑材料参数是改善润滑的关键因素。     

基于N-S方程的微造型表面动压润滑性能的分析研究

根据微造型的几何模型特点,基于N-S方程研究了微造型表面的动压润滑性能,并与基于雷诺方程求解的微造型表面的动压润滑性能进行了比较。结果表明:合适的微造型可以产生动压效果;通过比较N-S方程和雷诺方程求解动压润滑的差异,发现惯性力将对微造型的动压效果产生显著的影响,在微造型表面惯性力的影响是不可以忽略的;微造型的几何参数对润滑性能存在着很大的影响。     

水压摩擦副中的压力与流量特性

水的低粘度使得水压润滑间隙中的惯性力与粘性力几乎处于同一数量级,因此研究摩擦副的润滑特性时,不能忽略惯性力的影响。惯性力的作用可能改变间隙流场的局部甚至全局流态,从层流变为紊流,因此应用经典润滑理论所得的计算结果将产生太大的误差。采用CFD方法从N-S方程出发对水压摩擦副中压力与流量特性的惯性影响和表面粗糙度效应进行了研究,并与经典润滑理论结果进行了对比,发现表面粗糙度和惯性力对润滑间隙中的压力和流量特性均有一定的影响。其中,惯性力对端面摩擦副中的压力分布具有一定的影响,对端面副和径向副的泄漏流量均有影响,并且惯性力使得表面粗糙度对流场流态的影响得以体现,因此以N-S方程而不是雷诺方程为模型所得的计算结果更加准确。     

平均型条纹粗糙表面的弹流润滑

基于Ｈ．Ｓ．Ｃｈｅｎｇ的平均流量模型理论,本文写出了任意条纹方向粗糙表面平均雷诺方程,对其用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法进行了数值分析,着重讨论了表面粗糙度及其纹路方向对润滑的影响,并计入了微凸体的接触效应,分析结果表明,表面粗糙度及其纹中方向对部分膜弹流润滑甚至会膜弹流润滑的影响都是不可忽略的。     

表面织构对人工膝关节流体动力润滑性能的影响

为探究表面织构对人工膝关节流体润滑性能的影响,对加入表面织构的人工膝关节进行流体动力润滑分析,推导出适合该模型的雷诺方程,并基于有限差分法对雷诺方程进行求解,通过借助MATLAB软件进行编程计算,得到表面织构参数对本模型的摩擦润滑性能的影响规律。结果表明:随着表面织构深度的增大,摩擦因数先增大后减小,在研究的表面织构半径范围内,摩擦因数随着表面织构半径的增大而减小,因此在一定范围内,适当增加表面织构半径和表面织构深度有利于改善该模型的摩擦润滑性能。     

表面凹距对配流副稳态润滑特性的影响

使用倾斜方位描述法建立了考虑径向表面轮廓的油膜形状模型,利用表面形貌仪测量了配流盘径向表面轮廓,并同理想型、内凹型及内凸型三种类型缸体径向表面轮廓进行对偶配对;利用柱坐标系下稳态润滑控制方程,仿真分析三种对偶形式配流副的动压力分布并进行了试验验证,最后研究了表面凹距对稳态润滑特性的影响并给出对配流副的设计意见。     

圆轴承流体润滑热效应模型及其应用

提出了对轴向解析、周向有限元压力分布的有限宽圆轴承模型进行流体动力润滑热效应分析的方法。该方法采用绝热边界条件，能量方程无需与雷诺方程迭代求解，即可确定出油膜沿周向方向的平均温度场和粘度场分布；基于变分不等方程理论，雷诺方程采用一维直接解法求解。应用提出的方法计算了流体润滑热效应对进油槽位于水平方向两侧的圆轴承承载系数、偏位角和压力分布的影响，与工程上的标准数据计算结果吻合，方法简单适用，节约计算量。     

弹性金属塑料瓦推力轴承的滑移问题研究

本文对流体力学的经典雷诺方程中固液界面无滑移假设对于弹性金属塑料瓦的适用性提出疑问，从理论上论证在一些表面能低的聚合物表面存在滑移的可能性，并进行对比实验，实验证明在聚四氟乙烯与润滑油的界面上存在滑移现象，发现滑移是在剪切速率和油膜厚度达到一定值才出现的，滑移速度随着转速的提高和膜厚的减小而增大。在分析以聚四氟乙烯为表面的弹性金属塑料轴瓦的润滑机理时，应当对雷诺方程进行修正，计入滑移因素的影响。     

考虑表面接触力的滑靴副油膜特性分析方法

由于受倾覆力及刚体表面粗糙度影响,液压柱塞泵斜盘-滑靴运动副(滑靴副)在相对运动时处于混合润滑状态。斜盘和滑靴表面接触引起弹性和塑性变形,进而产生表面接触力。接触力与油膜厚度密切相关,在油膜特性分析时不应被忽略。提出一种基于流体动压润滑理论的滑靴副油膜特性(油膜厚度、压力分布、油膜间隙流量)的分析与计算方法,考虑了滑靴副粗糙表面的支撑力影响。在雷诺流体动压润滑方程基础上,考虑滑靴副刚体表面粗糙度水平和油膜厚度,计算液压柱塞泵不同工况下的表面接触支撑力,并将接触力融入运动副的受力方程。提出了基于改进的雷诺流体动压润滑方程的数值计算方法,并进行了仿真分析,通过间接对比滑靴副间隙流量的仿真结果,证实了提出方法的有效性和结果的准确性。     

建立雷诺方程的一种新概念

针对工程应用中所存在的多种具体物理形式和多种工况条件的流体膜润滑型式，归纳给出了3类典型摩擦副流体膜润滑所对应的3种微圆柱流量物理模型、几何楔和有效法向速度差特征式的概念，由可压缩流微圆柱流量连续方程导出了有关的常用支承流体膜润滑广义雷诺方程。这样使分析方法和物理意义简明；同时还修正了此前长期被一些广为流传的专著或论文所忽视的有关问题；并给出了一些对基本形式雷诺方程润滑理论的实验验证。     

考虑软三体接触的粗糙界面混合润滑模型研究

软三体颗粒润滑是利用大量松散的固体软颗粒在界面中的承载和剪切行为实现特殊环境下界面的减摩,因此研究软颗粒介质摩擦界面在剪切过程中的受力情况,对软三体颗粒润滑机理的分析以及润滑装置的设计都具有重要意义。研究中将第三体颗粒类比为流体,基于雷诺方程、黏度方程、Greenwood和Williamson接触模型（G-W模型）等建立了含大颗粒粗糙界面的混合润滑模型。该模型中摩擦副的总载荷及总摩擦力由流体、微凸体和大颗粒三部分共同构成。通过采用有限差分法对上述物理模型进行求解分析,探究膜厚比、第三体大颗粒的质量浓度、粒径以及试件的表面形貌、弹性模量对三体接触界面的承载和摩擦力的影响情况,进而分析大颗粒粒径和接触表面粗糙度耦合时软三体接触界面的力学性能。基于对所构建的软三体接触界面混合润滑模型的研究可知：合理选择大颗粒质量浓度、粒径以及试件的表面形貌、弹性模量有助于提高承载、减小摩擦力,使得软三体颗粒流具有更好的减摩润滑性能。     

球/平面接触表面形貌变化的试验研究

基于试验探究了球/平面接触过程中,正压力、润滑条件及原始表面形貌对试验后表面形貌的影响。试验中,采用不同原始表面,在不同压力、不同润滑条件下,完成了一系列球面与粗糙面的接触试验。试验前后分别使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对试样表面进行了测量,并用ISO25178定义的参数对三维表面形貌进行了表征。研究结果表明,正压力、润滑条件和工件的原始形貌对试验后的表面形貌具有显著的影响,并给出了具体压力、润滑条件及原始表面形貌对塑性变形后表面形貌的影响关系。     

粘度修正雷诺方程的全域解模拟计算

根据表面吸附理论对雷诺方程进行修正，得出适用于全域的粘度修正通用方程。其计算结果在厚膜区与用雷诺方程计算的结果相符，在薄膜区与目前的报道及试验结果相一致。通用化公式描述为实际工程设计和科学分析提供了依据。