局部织构无限长可倾瓦推力轴承流体动压润滑分析

目的 研究局部凹坑织构对无限长可倾瓦推力轴承的流体动压润滑性能的影响.方法 基于质量守恒空化边界条件的雷诺方程,建立了局部凹坑织构无限长可倾瓦推力轴承动压润滑二维理论模型.采用多重网格法求解雷诺方程,模拟局部凹坑织构无限长可倾瓦推力轴承的流体动压分布,分析局部织构比、位置比、深度、水平间距及数量对流体动压润滑性能的影响.结果 所建立的二维局部织构无限长可倾瓦推力轴承理论模型的数值解与解析解误差较小,能够有效地分析油膜流体动压润滑性能.当收敛比较小时,在入口区进行局部微凹坑织构化处理能增强流体动压润滑效应,并存在最优局部织构比使得油膜承载能力达到最大;而当收敛比较大时,局部微凹坑织构对油膜承载能力的影响较小.油膜承载能力随着局部织构位置比的增大而逐渐减小.存在最优凹坑深度能够最大化轴承的承载能力,并且最佳凹坑深度随着收敛比的增加而减小.油膜承载能力随着凹坑纵向间距的增大而减小,随着凹坑数目的增大而增大.结论 局部织构能够有效地改善可倾瓦推力轴承的摩擦学性能,增强轴承的承载能力,而局部织构的几何参数与轴瓦的收敛比相互影响,存在着最优织构几何参数和收敛比的组合能够最大化轴承的承载能力.     

织构型水润滑轴承动压叠加承载及微动压效应分析

目的提高水润滑轴承承载力,探究织构型水润滑轴承的承载机理。方法采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法建立三维织构型水润滑滑动轴承和二维织构型平行接触副模型,分别从宏观和微观角度对表面微织构承载机理进行研究。结果宏观角度上,在保证织构结构参数不变时,随着织构分布由液膜最高压力区下游向上游移动,水润滑轴承承载力呈现出先上升后下降的趋势,织构处产生微动压现象,逐渐上升的压力脉动趋势使轴承承载力上升,但原动压区逐渐变成以织构为中心的点状区域,使得承载区面积下降。微观角度上,随着织构向入口方向移动,压力分布整体向左移动,当Re1时,随着惯性效应的增强,压力分布整体上移,考虑空化效应时,织构处压力降低被限制。结论宏观角度上,微动压效应与原动压效应之间的非同向叠加效应决定了织构型水润滑滑动轴承的承载能力,表现为以液膜最高压力区为分界,织构区域位于其上游时,轴承承载力上升,反之,承载力下降。微观角度上,织构的微动压效应主要通过入口卷吸效应、空化作用以及惯性作用产生。     

具有复合型织构的水润滑轴承的摩擦学性能研究

目的 提升水润滑轴承的摩擦学性能.方法 采用流固耦合的方法,对具有该复合型织构的水润滑轴承进行研究,将拥有仿生硅藻的多孔结构(矩形-半球型复合型织构)应用在轴承的高压区位置.分析具有矩形-半球型的复合织构的水润滑轴承在不同载荷、织构宽度以及间距的作用下,其摩擦学特性的变化.结果 通过与光滑轴承和单层织构轴承进行对比可知,随着载荷的增大,矩形-半球型复合型织构轴承的承载力随之增加,摩擦系数随之减小,并且有最大的轴承承载力和最小的摩擦系数.随着第一层及第二层织构宽度的增加,复合型织构轴承的承载力虽有复杂波动,但总体呈现上升趋势,摩擦系数呈现下降趋势.在间距较小时,复合型织构轴承的摩擦学性能更优,在间距一定的情况下,存在最优的织构个数,使得轴承的摩擦系数最小.结论 具有矩形-半球型复合织构的水润滑轴承适合在重载条件下工作,织构尺寸较大时,能产生较好的摩擦学性能;在间距较小时,复合型织构的摩擦学性能较为优异,且存在最优的织构个数.     

局部凹坑织构化径向滑动轴承流体动力润滑数值分析

目的 探究局部凹坑织构化表面对径向滑动轴承流体动力润滑的影响.方法 基于雷诺边界条件和Reynolds方程,建立凹坑织构化径向滑动轴承表面流体动力润滑理论模型,采用Gauss-Seidel松弛迭代方法数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析其润滑油膜承载机制,探讨凹坑几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律.结果 理论模型的数值解与经典理论的数值解误差较小,能有效分析轴承的流体动压润滑特性.当偏心率较大时,摩擦力的上升幅度也变大,在轴承承载区进行凹坑织构化处理能明显减小摩擦力,并且随着凹坑深度的增大,摩擦力减小,可见凹坑起润滑减摩的作用.油膜承载力随着偏心率的增大而增大,通过凹坑织构的"楔形效应"能够改善非承载区的油膜压力,存在最佳凹坑深度使得轴承达到流体动力润滑最佳状态.摩擦力随着面积率的增大而增大,特别是在偏心率较大时,润滑减摩效果较为明显,面积率对油膜承载力影响不大.将织构布置在径向滑动轴承的不同区域,其中当织构完全在下半瓦(压降区)时,织构能明显增大油膜厚度,产生油膜压力,有效降低摩擦力,提升承载力.结论 凹坑织构能明显改善径向滑动轴承流体动力润滑性能,合理设计轴承的偏心率,合适的织构参数与分布位置,能使流体动力润滑效果最佳.     

织构化动压轴承热流体润滑特性理论与试验研究

为了探究表面织构对动压轴承热流体润滑特性的影响,计入热流体耦合因素更接近轴承的实际工况。以矩形、三角形、圆形三种表面织构形式动压轴承为研究对象,联立Reynolds方程、能量方程、黏温方程和不同形式织构几何特征方程,建立织构化轴承热流体耦合模型。采用有限差分法求解得到油膜压力场分布、温度场分布及轴承特性参数,并分析织构形状、深度、进油温度等因素对织构化轴承特性的影响。结果表明：表面织构能够有效降低油膜温升,改善轴承润滑性能;不同形式织构对于轴承热流体特性影响有所差异,低偏心时矩形织构表现出更好的润滑性能;进油温度对于织构化轴承热流体特性有较大影响,随着进油温度的升高,轴承的特性参数在不断下降,但幅度逐渐减缓。制备了织构化轴承试件并进行工况测试,试验结果与理论计算对比分析,趋势规律一致,验证了结论的合理性、正确性。     

考虑粗糙度的水润滑复合微织构推力轴承性能分析

目的 改善摩擦副润滑性能,研究考虑表面粗糙度时复合微织构参数对推力轴承性能的影响,同时通过实验进一步说明复合微织构的减摩作用机理。方法 建立表面粗糙度模型、复合微织构的水膜厚度方程和推力轴承的广义雷诺方程,研究不同复合微织构形状和排列方式推力轴承的性能。通过摩擦磨损实验验证复合微织构形状对轴承润滑性能的影响。结果 复合微织构有效改善了摩擦副的摩擦学性能,在15种复合微织构和2种单一织构中,复合微织构的承载性能均优于单一鱼形和圆形织构,圆形复合鱼形微织构具有较好的润滑性能;当不同微织构沿周向排列时获得了较好的润滑参数,相较于径向排列,其承载力提升了45.45%;考虑表面粗糙度时,轴承的润滑性能得到提高,当尺度系数为0.002 2、分维系数为2.6时,轴承获得了较好的润滑性能,相较于未考虑粗糙度时其承载力得到提高。结论 实验得出与理论相同的结论,圆形复合鱼形微织构具有较好的承载力和减摩性能,合适的复合微织构参数可以有效提高水润滑推力轴承的润滑性能,降低摩擦因数。     

多项式函数结合对数螺旋线方程的织构型线优化

目的 为提高一种新型动静压转台承载能力,对其动压楔形织构型线进行优化设计。方法 首先求解动压楔形织构承载性能,并将其承载能力作为优化目标。以多项式函数结合对数螺旋线方程表达织构型线,并以多项式系数作为设计变量建立优化模型。选用布谷鸟搜索算法求解该优化模型,并探究不同结构参数下的最优解变化规律。最后,比较本方法得到的最优织构和最优单一螺旋角织构的润滑性能。结果 综合考虑计算精度和时间,选取半径的二次多项式函数表达织构型线螺旋角。最优织构型线形状的变化规律为：随半径增大,先顺时针弯折,再逆时针弯折,其螺旋角先增大,再减小。摩擦副膜厚越大,最优型线顺时针弯折趋势越明显,最小螺旋角和终止螺旋角越小,最大动压承载力越小。织构个数越多,型线上各点螺旋角越小,最大动压承载力越大。结论 该优化设计方法突破了规则几何形状的限制,并在表达更多可能织构型线的基础上减少了设计变量个数。相比最优单一螺旋角织构,该最优型线下的织构有更优良的润滑性能,证明了该设计方案的应用价值。     

润滑轧制工艺下热轧板的冲压性能及织构

研究了板带热连轧过程中不同道次配置润滑轧制工艺对钢板力学性能、金相组织和织构的影响,发现采用润滑工艺对提高钢板n值、r值,降低Δr值有一定作用,特别是加强后段轧制道次的润滑,效果更加明显;采用润滑轧制工艺,钢板晶粒尺寸细小,钢板厚度方向上织构分布差异明显减小,进而改善了热轧冲压薄板的冲压成型性能。     

不同流态下织构化动压滑动轴承润滑特性研究

为了探究不同流态下动压滑动轴承润滑及承载特性，以织构化动压滑动轴承为研究对象，基于Ng-Pan湍流润滑理论，建立不同流态下织构化动压滑动轴承润滑模型，分析润滑油流态、微织构以及轴承结构参数对动压滑动轴承油膜压力以及承载力的影响。研究表明：湍流流态能够有效地提高织构化动压滑动轴承的油膜压力，临界雷诺数随间隙比的增加而减小，随偏心率的增加而增大;不同流态下织构化轴承承载力随坑径与膜厚的增加而逐渐减小，随间距的增加呈现波动变化，随转速、偏心率与长径比的增加而增加，且湍流流态的承载远高于层流流态。     

立磨减速机平面推力轴承的结构及润滑研究

推力轴承承担立磨的载荷支撑和振动并传递给减速机。分析了推力轴承的结构、材料、负载及润滑的要求,推荐单个推力轴承块工作面积最大不宜超过0.35 m²,分块数量在9～18块间选择,组装后分块间总高度误差控制在0.02 mm以内,列举锡基合金材料和弹性金属塑料材料及后者的优点。研究了轴承承载、油温和油膜厚度的对应关系并得到对应曲线图。采用动压及动静压润滑时,供油面需要超过推力轴承工作面且保持有15.0～65.0 mm的高度差,静压润滑时供油管路压力范围一般控制在4.0～12.0 MPa为宜。研究的结果对立磨减速机推力轴承设计有很好的借鉴参考意义。     

接触表面性质对圆柱滚子轴承混合润滑的影响

目的为了提高圆柱滚子轴承的润滑性能,研究滚子与外圈表面纹理及硬弹比对圆柱滚子轴承混合润滑的影响。方法基于平均流量模型、非牛顿效应、热效应和粗糙峰的弹塑性变形,建立了圆柱滚子轴承有限长线接触热混合润滑模型。研究了表面纹理及硬弹比对膜厚、膜厚比、载荷比、平均摩擦系数及最高温度的影响。结果随着表面纹理参数的增大,油膜厚度逐渐减小,粗糙峰接触压力、平均摩擦系数和载荷比逐渐增,最高温度先减小后增大,最小膜厚先增大后减小。但表面纹理参数小于1/3时,对最小膜厚的影响非常小。表面硬度引起的完全塑性变形、弹塑性和塑性变形、完全弹塑性变形对润滑状态的影响不同。在硬弹比处于0.01～0.03时,粗糙峰同时发生弹塑性和塑性变形,油膜厚度、最小膜厚、载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度不随表面硬度而变化。当硬弹比小于0.01时,粗糙峰产生完全塑性变形;当硬弹比大于0.03时,粗糙峰发生完全弹塑性变形。这两种情况的载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度均随着表面硬弹比的增大而增大。在不同工况下,表面硬度与表面纹理参数对圆柱滚子轴承润滑状态的影响存在差异。在表面纹理参数小于1/3时,表面硬度的影响占主导地位;在表面纹理参数大于1.0时,表面纹理参数的影响占据主导地位。结论表面纹理参数等于1.0时,润滑状态最好;硬弹比处于0.01～0.03时,综合润滑性能最好。在不同条件下,表面纹理参数与表面硬度对润滑影响的程度不同。因此,圆柱滚子轴承混合润滑中,存在最佳的表面纹理参数和表面硬弹比。     

交叉沟槽织构化粗糙表面流体润滑数值分析

目的 探究粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体动力润滑性能的影响。方法 基于质量守恒空化边界条件和平均流量模型的Reynolds方程,建立计入表面粗糙度效应的交叉沟槽织构化表面流体动力润滑理论模型,采用多重网格法进行数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析粗糙度对交叉沟槽织构化表面流体润滑性能的影响规律。结果 油膜承载能力随着沟槽宽度的增大而增大,表面粗糙度对油膜承载能力的影响随着沟槽宽度的增大而增大。存在最佳的沟槽深度和间距使得交叉沟槽所产生的流体动力润滑效应达到最强,表面粗糙度对油膜承载能力的影响在最佳沟槽深度附近最大,粗糙度对油膜承载能力的影响随着沟槽间距的增加而增大。油膜承载能力随着交叉角度的增大呈现先增大后减小的趋势,粗糙度对油膜承载能力的影响随着交叉角度的增加而增大。交叉沟槽的重叠系数对油膜平均压力几乎没有任何影响,粗糙度对油膜承载能力也几乎不受重叠系数的影响。结论 在利用数值分析方法研究交叉沟槽织构流体动力润滑性能时,不能忽略粗糙度的影响,表面粗糙度在一定程度上抑制了交叉沟槽所产生的流体动力润滑效应,降低了油膜承载能力。     

环境温度变化对水润滑动静压轴承的热弹流影响

目的研究不同季节或地域以及外部降温对水润滑动静压轴承热弹流的影响。方法选取小孔式水润滑动静压滑动轴承为研究对象,采用考虑了热效应的Reynolds方程对水润滑动静压滑动轴承进行热弹流润滑分析,研究了不同温度边界条件下三种轴瓦材料的水润滑动静压滑动轴承润滑膜的温度变化及其压力膜厚的变化。结果当轴瓦、轴颈的温度相同且异于润滑剂初始温度(313 K)时,轴瓦、轴颈温度越低,润滑膜的温度越低,在入口区和出口区出现明显的温度变化,轴瓦、轴颈温度越低,润滑膜的膜厚越大,第二压力峰越明显。轴承外部降温,使轴瓦温度(297.35、281.7 K)保持低于润滑膜以及轴颈的初始温度(313K),轴瓦温度越低,润滑膜的温度越低,入口区以及出口区的温度也发生变化,润滑膜的膜厚增大,第二压力峰增大。对比轴瓦、轴颈温度同时降低和轴瓦温度降低这两种工况,润滑剂温度的变化趋势与压力膜厚的变化趋势相同,但变化幅度不同。结论由于轴承所处季节或地域不同,轴瓦、轴颈的温度异于润滑剂初始温度,外部环境温度越低,润滑膜的膜厚越大,有利于润滑。通过外部降温的形式使轴瓦保持低温状态,同样可以使润滑膜的膜厚增大,有利于润滑。     

基于热混合润滑的钢/橡胶接触表面水润滑增强调控

目的 增强钢/橡胶摩擦副的润滑性能,为提高混合润滑状态下水润滑轴承的性能提供参考。方法 建立水润滑条件下钢/橡胶摩擦副的热混合润滑模型,讨论热效应对润滑性能的影响,并在此基础上进一步研究表面粗糙度、水基润滑剂黏度和供水压力对水润滑增强调控的作用。结果 与等温解相比,热效应使Stribeck曲线发生了右移,摩擦因数和载荷比增大,膜厚比降低。最高水膜温度随着转速的增加而升高,热效应对混合润滑性能的影响显著。减小摩擦副表面粗糙度,Stribeck曲线向左移动。在相同转速下,载荷比随着表面粗糙度的减小而降低,膜厚比反之。表面粗糙度越大,水膜温度越高,最高温度位于出口区,且钢的表面温度低于水膜和橡胶的表面温度。当水基润滑剂的黏度增大时,膜厚比增大,载荷比和最高水膜温度降低,Stribeck曲线发生左移。增加供水压力可以改善水膜压力分布,使水膜承载区增大、压力减小,粗糙峰接触压力和承载区减小,导致载荷比减小、膜厚比增加,Stribeck曲线向左偏移,水膜最高温度降低。当接触区由边界润滑向混合润滑过渡时,水膜最高温度出现拐点,且水膜最高温度拐点随着供水压力的增加而左移。结论 热效应会降低摩擦副的混合润滑性能,因此在混合润滑中不能忽略。考虑热效应时,通过减小表面粗糙度,或增加水基润滑剂黏度和供水压力,均有利于增强钢/橡胶接触表面水润滑的混合润滑性能。