乏油条件下圆柱滚子轴承的弹流润滑分析

基于有限长线接触弹流润滑理论,将等效供油层厚度和轴承相关参数作为输入量,求得乏油条件下圆柱滚子轴承弹流润滑的完全数值解;比较充分供油与乏油条件下轴承的润滑性能,研究乏油条件下供油层厚度、载荷、转速对圆柱滚子轴承润滑性能的影响。结果表明:随着供油量的减小,油膜厚度减小,第二压力峰降低,压力的起始点位置移向Hertz接触区;载荷增加,油膜厚度减小,这将对轴承的润滑产生十分不利的影响;随着转速的增加,压力区变得平坦,油膜颈缩向出口区移动,乏油程度更加严重。     

摆线针轮传动接触乏油润滑特性分析

摆线针轮行星传动啮合过程中供油量变化影响传动效率和接触疲劳特性。引入部分油膜厚度比例,以入口油膜厚度来表征乏油程度,建立摆线针轮有限长线接触乏油润滑数值模型,研究在齿宽方向上入口油膜厚度不均匀分布对压力和膜厚分布的影响。结果表明:乏油条件下,随着入口供油量增加,入口油膜厚度的不均匀分布对齿宽方向上的压力和膜厚分布的影响减小;随着速度的增加,齿宽方向压力和膜厚分布受入口油膜厚度不均匀分布的影响增加;随着载荷的增加,齿宽方向压力和膜厚分布受入口油膜厚度不均匀分布的影响程度减小。     

偏心凸轮副时变乏油润滑数值分析

为研究乏油条件下偏心凸轮副的润滑状态,基于凸轮-挺杆机构建立时变乏油润滑模型,探究一个周期内6个典型瞬时(60°、120°、180°、240°、300°、360°)的压力和油膜厚度变化规律,并分析不同凸轮旋转角度下转速、初始载荷和润滑油黏度等参数对接触区润滑状态的影响。结果表明：当凸轮转至180°时,膜厚最小,压力最大,乏油状况最严重;限量供油下最小膜厚出现在凸轮转角为180°时,但是凸轮转角为0°时乏油速度最快,乏油程度更深;增大凸轮旋转速度时乏油速度更快,乏油程度更深;相同供油条件下,润滑油黏度越高使得接触区乏油情况越严重,乏油速度更快,乏油程度更深;载荷对接触区的润滑状态的影响较小,只在凸轮转角为0°接触区卷吸速度最大时,能够体现出载荷对接触区润滑状态的影响。     

多点接触乏油弹流润滑模型及试验研究

为探讨多点接触乏油弹流润滑机制,基于球与滚道接触区域的排油和补油平衡,建立适用于不同润滑状态的油膜厚度计算模型,可以计算从充分供油、乏油到干涸乏油的中心膜厚以及油膜不平衡时中心膜厚随滚动次数的衰减。利用自制的球-盘接触光干涉弹流试验装置,通过安装双镜筒同时获取相邻球的油膜图像,研究多点接触中相邻球的轨道重合和不重合时前球尾迹对后球油膜图像和中心膜厚的影响。结果表明:乏油润滑条件下,前后球的轨道不重合时轨道之间可相互补油;前后球的轨道重合时,在给定供油条件下,随着滚动线速度增加,入口弯液面逐渐靠近接触区域,中心油膜厚度增加,与相同工况下乏油润滑模型计算的膜厚对比吻合较好,验证了所建乏油润滑模型的正确性。     

波动供油条件下滚子副润滑性能分析

基于工程实际的供油条件,提出一种特殊的供油函数,对滚子副弹流润滑问题进行求解,定性模拟滚子副的特殊乏油现象,并分析供油函数中的参数与润滑油膜厚度和压力的关系.结果表明:供油油膜的波动导致滚子副接触区相应的压力、膜厚及部分油膜比例分布中也出现波动;随着乏油情况的加剧,供油波动对滚子副接触区的影响更大,使润滑效果更差;在一定的供油量下,波动供油的油膜波长越小,幅值越小,对乏油滚子副的润滑性能越有利.     

不同润滑状态下游离水对点接触油润滑润滑性能的影响*

为研究水污染对润滑油性能的影响,通过点接触光干涉试验得到充分供油、轻微乏油及严重乏油3种润滑状态下的油膜光干涉图和膜厚形状曲线,研究游离水对接触区油润滑润滑性能的影响。结果表明:在充分供油条件下,游离水对点接触润滑油膜厚度的影响不大,主要影响中心膜厚;在乏油润滑状态下,游离水对点接触润滑油膜厚度有增益效果;但3种润滑状态下,游离水都会使气穴区边界变得模糊不清,提高了油润滑的弹流润滑性能。     

机械结合面微观接触弹流润滑数值分析

结合传统点接触润滑问题和分形接触理论,将与表面形貌相关的微观参数引入部分膜弹流润滑问题,建立了机械结合面在润滑状态下的微观弹流分形点接触分析模型。对该模型进行无量纲化处理后,将其中的Reynolds方程、膜厚方程和载荷平衡方程分别采用有限差分法和二重积分的九点Simpson方法在求解域网格上进行离散,然后分别采用多重网格法和多重网格积分法计算得到润滑油膜压力和油膜厚度的三维分布。从计算结果可得,当微观接触表面具有一定粗糙度时,在出现油膜压力峰位置附近会出现油膜收缩。     

点接触弹流润滑供油条件退化的乏油分析

在点接触弹流润滑中,如果不能及时补充新油,则接触区的供油条件会随着润滑次数而退化。分析了供油油膜厚度、中心膜厚、最小膜厚和润滑油膜压力区形成位置与润滑次数的关系。结果表明:润滑开始时,由于供油油膜厚度较大,系统处于充分供油状态;随着润滑次数的增加,有一部分油从两侧泄漏,系统逐渐转到乏油状态,供油油膜厚度、中心膜厚和最小膜厚均逐渐变小,压力区形成位置则逐渐向Hertz接触区靠近;最终供油油膜厚度、中心膜厚和最小膜厚趋于定值,压力区趋于Hertz接触区,从而达到一种稳定乏油状态。     

表面速度异向下的点接触润滑油膜试验机研制及膜厚测量

弹流润滑领域中,润滑油膜的形态、厚度、摩擦力是研究接触区润滑状态,探究润滑机制极为重要的信息。研制表面速度异向下的点接触润滑油膜试验机,该试验机以多光束干涉法作为测量手段,结合弧形轨道实现接触副表面速度夹角的变化;使用旋转系统将接触副系统摩擦力转变为压力,利用高精度压力传感器及摩擦力合力公式,实现表面速度异向下的点接触摩擦力测量和计算。在限量供油条件下对表面速度异向的点接触润滑油膜形态与膜厚进行了观测,探究速度夹角对乏油状态改善及油膜形态变化的影响。结果表明：改变接触副表面速度方向,入口油池得到改善,中心膜厚增加。     

考虑混合润滑的飞机燃油泵径向滑动轴承静特性分析

针对飞机燃油泵径向滑动轴承润滑油黏度极低、润滑油膜形成难、表面易磨损等问题,通过综合考虑紊流、热效应、质量守恒、温黏效应及混合润滑边界等因素,建立轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元方法联立求解雷诺方程、能量方程、接触方程得到轴承的静态特性,研究轴承间隙比、宽径比、转速、载荷、进油温度等对轴承静态润滑性能如油膜厚度和油膜压力的影响规律。结果表明：由于航空煤油动力黏度低,造成轴承的浮起转速高（大于5 500 r/min）,极限承载力低（小于37 N）、油膜厚度过低;降低进油温度、适当减小间隙,增加轴瓦宽度有利于增加油膜厚度,提高轴承可靠性。研究结果对飞机燃油泵径向滑动轴承设计与运行维护具有一定的工程借鉴价值。     

贫油工况下滑动轴承弹流润滑特性分析

随着风力发电机组的功率增加,滑动轴承在风电齿轮箱中的使用优势逐渐突显。当风力发电机组内的轴承润滑系统堵塞或供油不足时,滑动轴承将长期处于贫油润滑状态。为了研究滑动轴承的贫油润滑特性,基于Reynolds方程和Reynolds边界条件,考虑油膜压力作用下轴套的弹性变形,建立了贫油润滑状态下滑动轴承的计算模型;对比了计入弹性变形和不计入弹性变形的滑动轴承贫油润滑性能;分析了轴套弹性模量和供油量对滑动轴承贫油润滑性能的影响。结果表明,计入弹性变形后的最小油膜厚度位置位于轴套两侧,更加符合实际情况;随着轴套材料弹性模量的增加,轴颈偏心率逐渐减小,最大油膜压力逐渐增加,最小油膜厚度逐渐增加;随着供油量的增加,轴颈偏心率逐渐减小,最大油膜压力逐渐降低,最小油膜厚度逐渐增加。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

基于JFO边界条件的连杆衬套润滑特性理论分析

采用有限差分法求解基于JFO(Jakobsson-Floberg-Olsson)边界条件(即质量守恒边界)下的雷诺方程,推导出连杆衬套油膜压力分布、油膜厚度、油膜承载力、润滑油端泄量表达式;建立连杆衬套在贫油润滑状态下的油膜压力分布模型,分析载荷对连杆衬套轴心轨迹位置、最大油膜压力和最小油膜厚度的影响。结果表明:在不同曲轴转速下,连杆衬套的润滑特性具有相同的变化规律,且在柴油机做功行程上止点的附近区域的油膜端泄量大于供油量,导致油膜的完整性被破会,形成空穴发生边界摩擦,甚至干摩擦或者磨损;连杆衬套与活塞销的最佳相对间隙为0.025%~0.05%。     

点接触混合润滑的数值求解方法

基于半系统法的统一Reynolds方程,对点接触混合润滑进行数值模拟。在流体润滑区,采用Reynolds方程求解流体压力,在固体接触区采用简化Reynolds方程求解压力。弹性变形使用离散卷积-快速傅里叶变换(DC-FFT)计算。为了加快迭代收敛速度,在数值求解过程中使用渐进网格加密(Progressive Mesh Densification,PMD)算法。数值模拟结果表明,该模型可以快速地求解光滑和粗糙表面条件下的各种润滑情况,包括全膜、混合和边界润滑;随着卷吸速度的增加,润滑状态从边界到混合再到全膜润滑是个光滑过渡的过程。     

基于统计模型的修形齿轮点接触混合润滑分析

基于平均Reynolds方程和Zhao-Maietta-Chang（ZMC）弹塑性接触模型，提出鼓形修形齿轮点接触混合润滑的计算方法。采用渐进网格加密法计算润滑特性参数，对比稳态点接触混合润滑模型的仿真结果，验证提出模型的正确性。分析齿轮传动啮入点、节点和啮出点的润滑特性，研究齿轮几何参数、工况参数对鼓形修形齿面润滑特性的影响规律。结果表明：油膜压力、微凸体接触压力和总压力在啮入点处最大，啮出点处最小；名义油膜厚度在啮出点处最大，啮入点处最小；随着模数、压力角和转速的增加，油膜压力、微凸体接触压力与总压力降低，油膜厚度增加；随着功率和鼓形修形量的增大，油膜压力、微凸体接触压力和总压力增大，油膜厚度降低。因此，增大模数、压力角、转速和减小功率、鼓形修形量可改善粗糙齿面润滑状态。     

基于质量守恒边界条件的浮环轴承贫油润滑特性理论分析

对浮环轴承贫油润滑机理进行了理论分析。在Elrod算法的基础上,采用有限差分法求解基于质量守恒边界条件(Jakobsson-Floberg-Olsson,JFO)的表征内外油膜压力分布的Reynolds方程,推导内外油膜承载力、流量和注入内油膜的压差注油量的表达式,建立贫油润滑状态下的内油膜压力分布模型。利用Matlab对浮环轴承润滑机理进行了仿真计算,分析静载荷和供油压力对浮动环与轴颈的静平衡位置、内外油膜端泄量与压差注油量的影响,进而讨论贫油润滑状态下轴颈的静平衡位置。结果表明较大的静载荷会产生较大的浮动环偏心率和轴颈偏心率以及内外油膜端泄量,但是压差注油量则会减小。在贫油润滑状态下,内油膜在收敛间隙中发生破裂,承载能力下降,提高供油压力可以明显地增大压差注油量,有效地避免内油膜贫油现象的出现。     

空间应用高速转子轴承润滑特性分析

针对空间用高速转子轴承的润滑失效问题,综合考虑接触几何、真实粗糙表面形貌、弹性变形、润滑剂流变特性以及滚珠高速自旋特性等因素的影响,建立角接触球轴承的混合润滑统一模型;分析转速、载荷、真空、高低温等工况环境条件对轴承微观传动界面接触与润滑特性的影响规律,并针对算例给出各种润滑状态之间的临界转速。结果表明:随着转速的提高,轴承接触界面润滑状态逐渐改善;除了极低转速,轴承接触界面压力峰值总体随载荷增大而增加;油膜厚度随着大气压强的增大而增大,界面压力峰值随着大气压强的增大而减小;油膜厚度随着温度的增加而减小,界面压力随温度的升高而增大;低速条件下离心力、微重力引起的入口区域乏油对润滑特性影响较小。     

考虑润滑油供给条件的油环-缸套摩擦副润滑分析

内燃机油环-缸套摩擦副润滑分析,多采用富油条件或假定某种特殊边界条件,与油环-缸套摩擦副实际润滑油供给状况不相符。以某四行程内燃机为研究对象,研究油环-缸套间润滑油流动与供给,确定油环进口油膜厚度;在此基础上,根据流量平衡和压力平衡,确定油环上、下轨各段工作面边界条件,并分别对各段求解Reynolds方程,分析油环-缸套摩擦副在计及润滑油供给条件下的润滑性能,并与富油状况对比。研究结果表明,计及供油状况下,油环-缸套摩擦副在上、下行程的润滑性能不对称,最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦力及摩擦功耗与富油状况均有一定差异,特别是在上行程差别显著。可见,考虑进口润滑油供给条件分析内燃机油环润滑性能,将对活塞环-缸套摩擦副的设计信赖性产生积极影响。     

基于Elrod算法的线接触乏油热弹流润滑分析

为研究中低速、中等载荷工况下不同供油条件对接触区润滑特性的影响,假设润滑剂分别为Newton流体和Ree-Eyring流体,建立考虑供油条件的线接触热弹流润滑模型。采用Elrod算法,将入口供油量作为输入参数,求解接触区油膜压力、膜厚和油膜温度的完全数值解。结果表明:随着入口供油量的降低,接触区入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动;相同供油条件下,随着速度和载荷的增大,入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动,乏油程度增加;随着供油量的增加,中心膜厚和最小膜厚也相应增加,且中心膜厚更易受供油量的影响;在乏油润滑条件下,Newton流体计算得到的油膜温度明显高于Ree-Eyring流体;随供油量的增加,Ree-Eyring流体的油膜最高温度增加,而Newton流体的油膜最高温度有先降低后增加的趋势;对于给定的工况,当入口等效供油膜厚接近该种工况下接触区处于充分供油状态下的最小膜厚时,接触区内的最高温升是相对最小的。     

表面粗糙对乏油条件下非牛顿点接触热薄膜润滑的影响

假设运动表面为光滑表面,静止表面上有一个垂直于卷吸速度方向的横向划痕,采用Ree-Eying本构关系求解表面单一粗糙对纯滑动点接触热薄膜润滑的影响,分析处于接触区中心的表面划痕在不同的乏油程度下对油膜压力、膜厚及温度的影响。结果表明:在乏油条件下,处于静止表面上接触中心的横向划痕前后的压力和温度都有尖锐的升高,且这种升高幅度随乏油程度的严重而增加;在乏油条件下,表面粗糙的存在更不利于润滑,易于造成润滑失效。