卷吸速度为任意方向的椭圆接触弹流润滑分析

以往的点接触弹流润滑研究往往局限于分析卷吸速度方向与接触椭圆短轴相重合的工况。但在实际工程问题中,有时卷吸速率方向与接触椭圆长轴相重合,有时卷吸速度方向与接触椭圆的对称轴成一夹角,针对这一问题,本文提出了一种独特的解决方法,压力和膜厚分析分别采用多重网格和多重网格积分法,无论卷吸速度的方向如何,总让Ｘ轴与速度方向一致,而Ｙ方向速度永远等于０。这样任意卷吸速度方向的工况和卷吸速度与接触椭圆短轴相重合     

急停问题的椭圆接触弹流润滑分析

将机械急停时滚动轴承、齿轮等的弹流润滑油膜的渐变过程简化为从稳恒状态突然转化为恒载荷纯挤压状态,然后随时间的推移挤压效应逐渐消失的过程,建立了椭圆接触瞬态弹流润滑模型。假设润滑油为牛顿流体,在等温条件下用多重网格技术进行了动态数值求解,讨论了急停前卷吸速度分别沿椭圆接触区的长轴和短轴方向时,不同参数条件下的残留弹流润滑膜的压力和膜厚随时间的变化规律。数值计算结果表明,急停后润滑油会逐渐被挤出接触区,因此残留油膜只能保持很短的时间;较高的Hertz接触压力会通过增加润滑油粘度而延长残余油膜的维持时间,但不能根本上改变上述变化趋势,卷吸速度的方向也不能改变上述变化趋势。     

等温点接触弹流的润滑特性研究

针对改善点接触高副接触零件润滑状况的现实问题,对赫兹接触区内的润滑油膜进行了研究。耦合了接触力学和流体动力润滑方程,采用多重网格法,使用Fortran语言编程求解,对等温点接触弹流润滑方程组进行了数值计算,从而得到了不同椭圆率Ke、载荷w、卷吸速度u和粘度η_0等参数影响下的膜厚和压力变化曲线;通过研究膜厚和压力变化过程中最小膜厚和二次压力峰的位置,以及膜厚和压力的变化程度,得到了影响赫兹接触区内油膜变化规律的因素,并进行了分析和阐述。研究结果表明:接触椭圆随着椭圆率、载荷、卷吸速度和粘度等参数的改变而发生变化,接触椭圆的改变不同程度上影响着润滑油的膜厚和压力;在一定范围内增大椭圆率、卷吸速度和粘度及减小载荷,有利于改善润滑性能。     

椭圆接触弹流润滑油膜形状的实验研究

采用多光束干涉测量技术,在自制光弹流实验机上进行了椭圆接触弹流润滑油膜形状的实验测量,观察了椭圆接触区短轴与卷吸方向之间的夹角θ、速度、施加载荷等对油膜形状的影响。结果表明：夹角θ较小时,油膜厚度整体上更大,接触区较窄,入口区油膜更陡峭;低速时,夹角及载荷基本不影响膜厚;高速、轻载时,夹角θ对膜厚影响更显著;载荷及夹角越大,动压油膜越难建立。     

椭圆接触纯自旋问题的弹流润滑数值分析

研究了椭圆接触纯自旋问题的等温弹流润滑,用多重网格法求得了完全数值解,研究了速度、载荷、椭圆比和计算区域对压力和膜厚的影响。结果表明,在轻载、高速、大椭圆比条件下,椭圆接触的纯自旋运动可产生润滑膜,油膜的形状和压力分布都和经典弹流润滑截然不同;椭球的自旋速度、载荷、椭圆比以及承载域的大小都对压力和膜厚有很大的影响。     

准双曲面齿轮运动参数和曲率特性的研究

文中根据机床加工调整参数,推导了准双曲面齿轮的齿面数学表达式,建立了准双曲面齿轮的三维模型,并通过数值迭代方法求解了准双曲面齿轮点接触弹流润滑分析所需的相对运动速度、卷吸速度以及瞬时接触椭圆长短轴方向的曲率等参数,为准双曲面齿轮弹流润滑分析奠定了基础。     

圆弧齿线圆柱齿轮等温弹流润滑模型建立及分析

圆弧齿线圆柱齿轮具有承载能力高、接触强度大、传动平稳等优点,但也存在齿面磨损、点蚀、胶合等失效形式,这主要是由于润滑不良造成的,因此保证其良好的润滑性能十分关键。分析圆弧齿线圆柱齿轮的啮合接触过程,简化其接触模型,并基于弹流润滑理论建立了圆弧齿线圆柱齿轮等温弹流润滑的物理模型及数学模型。通过直接迭代法和Fortran语言编程进行数值求解,得到其油膜特性曲线,并分析比较了卷吸速度、载荷以及润滑油黏度对油膜压力和膜厚的影响。结果显示,卷吸速度是影响膜厚最重要的因素,润滑油黏度对油膜压力和膜厚都有着重要的影响,载荷的影响程度则相对较小。此外,用膜厚比判断齿轮润滑状态,在进行圆弧齿线圆柱齿轮设计时,使其尽量接近完全弹流润滑状态。     

自旋对角接触球轴承弹流润滑与油膜刚度的影响

根据角接触球轴承自旋运动特征，同时考虑弹流润滑效应，建立角接触球轴承考虑自旋运动的弹流润滑模型；采用多重网格法求解弹性变形，利用有限差分法迭代求解雷诺方程，得到较为精确的数值解；分析不同赫兹接触压力、滚道表面粗糙度下自旋对角接触球轴承弹流润滑和油膜刚度的影响。结果表明：考虑自旋时随着Hertz接触压力、自旋角速度增大，油膜厚度减小，油膜压力增大，油膜承压区域呈细长状，并向接触中心靠近；随着滚道表面粗糙度幅值增大，油膜压力和膜厚均出现了波动，且考虑自旋运动时，轴承油膜厚度明显减小，油膜局部压力峰值更大；随着卷吸速度、润滑油黏度增大，油膜刚度减小，而考虑自旋运动时油膜刚度值更大；随着自旋角速度增大，油膜刚度逐渐增大。     

两波动表面间的椭圆接触热弹流润滑数值分析

研究滚滑工况下两波动表面间的椭圆接触微弹流润滑问题,建立两接触表面均有连续波动的粗糙度模型,求得热条件下的完全数值解。假设卷吸速度沿接触椭圆短轴方向,快速运动表面的速度是另一表面的4倍,表面纹理相似的两波动表面间的微弹流润滑大多是周期性时变问题,以准稳态解为初始条件,逐个周期求得时变热解。讨论不同方向的表面微观连续波动对润滑性能的影响,并将牛顿和非牛顿模型的数值结果进行比较。结果表明,波动表面间接触区里的压力、膜厚、温升等呈现特定的特征,两表面波动皆为纵向纹理时,润滑膜厚度最小润滑条件最恶劣;热效应和非牛顿效应在微弹流问题中都很明显。     

重载变速工况下弹流润滑的实验研究

为了揭示重载变速工况下的弹流润滑特性,在自行开发的光干涉弹流实验装置上,开展了相关的实验研究。实验主要针对钢球点接触,在重载(0.83GPa)和超重载(1.44GPa)两种载荷和变卷吸速度工况条件下,对弹流油膜进行了测量,获得了有效的实验数据。结果表明:重载和超重载条件下形成的弹流油膜都具有马蹄形特征。但超重载的没有重载的马蹄形特征明显。卷吸速度为零时有明显的封油现象,随着卷吸速度的增加,由卷吸速度产生的流体效应使得膜厚增加。另外,在进行超重载实验时,随着实验时间的延长,镀铬膜玻璃表面会有较多划痕,甚至出现玻璃表面被压溃的现象。     

渐开线直齿轮时变热弹流润滑模拟

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。文中应用多重网格技术，考虑时变和温度场的影响，求得齿轮非稳态热弹流润滑问题的完全数值解，结果更接近实际。数值解得到轮齿的摩擦因数、油膜最高温升沿啮合线的变化规律以及两轮齿接触点中心压力、中心膜厚、最小膜厚沿啮合线的变化规律，同时获得任意瞬时轮齿接触点的压力、膜厚和轮齿间油膜温度分布，对分析齿轮传动问题具有重要意义。     

基于推力球轴承的点接触弹流润滑分析

研究了推力球轴承的钢球与滚道间形成的椭圆接触等温弹流润滑问题。据此问题建立的数学模型既有沿接触椭圆短轴方向的卷吸速度分量，又有沿其长轴方向的卷吸速度分量，且速度值处处各异。运用多重网格法求得了几组参数下的完全数值解，并分析了转动速度、中心距、椭圆比等参数对结果的影响。     

具有中央凸起的点接触弹流润滑特性研究

建立具有中央凸起的点接触弹流润滑控制方程,并采用多重网格法及多重网格积分法进行数值求解;比较有凸起表面和光滑表面下的压力及膜厚曲线,讨论载荷及卷吸速度对压力分布及油膜形状的影响。结果表明：具有中央凸起时在接触中心附近,压力经历了急剧升高、骤然下降、再升高的一个波动过程;最小膜厚出现在接触中心,且接触中心前面产生了一个凹陷;增大卷吸速度或减小载荷都使得膜厚曲线整体升高,最小膜厚随着卷吸速度的增大而增大,载荷几乎不影响最小膜厚;载荷增大使得最大压力增大,但中心局部压力波动范围变化很小;增大卷吸速度使得最大压力和中心局部压力波动范围都减小。     

变卷吸速度的点接触热弹流润滑分析

非稳态热弹流润滑一直是研究的热点和难点,针对变卷吸速度的点接触热弹性流体动力润滑问题,利用多重网格积分法,得到变卷吸速度的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解。结果表明:卷吸速度的变化会引起油膜压力、膜厚和温度的变化;当卷吸速度变化到一定值时,在接触区会产生油膜的凹陷;凹陷的产生可用“温度-粘度楔”机制解释。     

面向航空传动的点接触热弹流润滑分析

航空传动中,滚动轴承因摩擦因数低、承载能力强、可靠性高获得广泛应用,且基于热弹流的点接触滚动轴承数值分析,对重载及润滑状况严苛的航空传动零部件寿命及承载接触分析具有重要意义。分别建立了点接触等温弹流润滑数学模型及点接触热弹流润滑数学模型,采用复合直接迭代法求解。借助Fortran、Origin及Matlab等软件,分别获得等温弹流及热弹流情况下的油膜压力、厚度及温度,讨论了载荷参数、材料参数、速度参数、椭圆度参数对点接触弹流润滑性能的影响,为航空重载传动系统的研制及分析提供一定理论依据。     

接触固体曲率半径对非稳态热弹流润滑的影响

研究接触区的当量曲率半径对弹流油膜性质的影响,利用多重网格法求得非稳态弹流润滑问题。得到了接触固体两种等效曲率半径下的热弹流润滑数值解。数值模拟的结果显示最小膜厚的变化与Hamrock和Dowson的点接触弹流润滑的最小膜厚公式一致。在其他参数不变的情况下,曲率半径增加一倍,油膜的压力大约减小一倍,其第二压力峰变钝变宽;而膜厚增大,但其增加的幅度相比压力的增加要小很多;而温度的变化减小。     

微观表面形貌对角接触球轴承热弹流润滑的影响

建立角接触球轴承的热弹流润滑数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对润滑条件下的角接触球轴承在考虑表面粗糙度时的弹流润滑问题进行数值模拟。在缺乏实测数据的情况下,采用了涉及轴承滚道和滚球体面上的余弦粗糙波数学模型,分析考虑热效应的角接触球轴承的表面粗糙度对压力和膜厚的影响。结果表明:考虑x和y方向的粗糙度函数可以更好地模拟轴承滚道及滚球体表面的形貌特征,由此计算出的压力和油膜分布更贴近工程实际;考虑两方向的粗糙度后,压力和油膜分布与单方向粗糙度有所不同,增大粗糙度波长和减少波幅有利于减小压力,增大膜厚,改善润滑。     

零卷吸条件下有限长线接触热弹流润滑分析

应用多重网格技术和逐列扫描法，求得了零卷吸条件下有限长线接触热弹流润滑问题的完全数值解，给出了两固体表面和油膜中层的温度分布以及油膜内的流速分布。结果表明，油膜的最大压力、最小膜厚和最高温度均位于滚子的端部；在接触区中央一带出现了油膜局部增厚现象，温度-粘度楔效应是弹流油膜局部增厚的根源。     

基于高斯粗糙表面的角接触球轴承微弹流润滑研究

基于二维数字滤波法模拟高斯粗糙表面,建立考虑高斯粗糙表面形貌及热效应的角接触球轴承微弹流润滑模型,采用多重网格积分法求解弹性变形,采用Gauss-Seidel及Jacobi迭代法迭代求解压力,采用逐步扫描法求解油膜能量方程,采用渐进网格加密法求解强耦合非线性微弹流润滑方程组。结果表明:当x、y方向自相关长度相同时,随着粗糙表面均方根值的增加,油膜压力及温度明显增加,膜厚显著减小;反之,油膜压力及膜厚在自相关长度较小的方向出现明显的纹理特性,且当纹理特性与润滑油流动方向相同时,油膜温度显著减小。     

表面粗糙纹理对非牛顿热弹流润滑性能的影响

建立了考虑表面粗糙度的点接触热弹流润滑模型,假设滚滑工况下慢速运动的固体表面是粗糙的,而快速运动的固体表面绝对光滑.卷吸速度沿接触区短半轴方向,表面粗糙纹理以正弦函数来表征,润滑剂符合Ree-Eyring非牛顿流体粘性定律.通过完全数值求解,讨论了3种不同构成的粗糙纹理对弹流润滑性能的影响.其中2种是周期性时变问题,求解是从一个准稳态解开始逐个瞬时迭代来实现的.结果表明,粗糙纹理会使得接触区里对应处产生明显的局部高压,局部温升,油膜厚度也相应减小.而纵向粗糙度时润滑效果最差,因为具有更危险的最小膜厚值.