直齿圆锥齿轮的时变弹流润滑分析

目的研究直齿圆锥齿轮传动过程中稳态和非稳态下的压力和膜厚,为降低直齿圆锥齿轮的表面磨损及齿轮设计提供理论指导。方法将一对直齿圆锥齿轮等效为一对圆锥滚子模型,运用无限长线接触理论,建立直齿圆锥齿轮啮合过程中的弹流润滑计算模型,先对直齿圆锥齿轮进行等温稳态弹流润滑分析,计算并分析了直齿圆锥齿轮大端和小端啮入、啮出点的油膜压力及油膜厚度,求解并分析了小端啮合区间五个特殊点的油膜压力和膜厚。考虑瞬态时变效应的影响,计算并分析了直齿圆锥齿轮在三个特殊瞬时点的油膜压力和油膜厚度。最后研究齿面在高斯分布粗糙度函数和余弦粗糙度函数作用下的弹流润滑数值解,在此基础上计算了不同幅值和波长下的油膜压力和油膜厚度。压力求解采用多重网格法,弹性变形采用多重网格积分法。结果稳态等温条件下,小端啮入点和啮出点的出口油膜厚度略小于大端,小端啮合区间的最小油膜厚度从啮入点到啮出点逐渐增大。在瞬态时变效应下,啮入点的油膜压力大于节点和啮出点的油膜压力,其油膜厚度较其他两个瞬时点的油膜厚度小。高斯分布粗糙度函数作用下的油膜压力在赫兹接触区有明显的局部压力峰,油膜厚度在赫兹接触区有局部波动;余弦粗糙度函数作用下的油膜压力和油膜厚度在赫兹接触区有波动,且粗糙度幅值和波长越大,波动程度越明显。结论采用高斯分布粗糙度函数时,油膜压力的变化相对比较缓和,采用余弦粗糙度函数的最大油膜压力小于采用高斯分布粗糙度函数的最大油膜压力,和高斯分布粗糙度函数相比,余弦粗糙度函数下的油膜厚度在赫兹接触区呈现周期性波动。     

橡胶蠕变特性对水润滑橡胶轴承弹流润滑的影响

考虑了橡胶轴承材料蠕变特性,建立了水润滑轴承的无限长线接触模型,基于Kelvin模型和三参量模型,对水润滑橡胶轴承进行了弹流润滑分析。通过这两种蠕变模型,分别得到了橡胶蠕变对润滑膜压力和膜厚的影响;分析比较了两种模型影响下的中心压力、中心膜厚和最小膜厚随时间的变化。结果表明,考虑橡胶轴承蠕变特性对润滑膜压力和膜厚的影响很大,在两种蠕变模型下,润滑膜的压力均随着蠕变时间变小,润滑膜厚随着蠕变时间变大,同时接触区不断增大并趋于稳定。中心压力随着蠕变时间逐渐增大并趋于稳定,最小膜厚随着蠕变时间先增加后减小到稳定值。蠕变稳定后,两种模型下的压力、膜厚均大于将橡胶轴承视为线弹性体的值,与之前工作对比,三参量固体模型比Kelvin模型更能描述橡胶轴承的润滑性能。     

水润滑螺旋阶梯腔动静压滑动轴承的优化分析

采用正交试验法与控制变量法相结合的设计方法,基于ANSYS有限元静态分析,得到水润滑螺旋阶梯腔橡胶艉轴承的力学性能情况。根据该结果基于Minitab对艉轴承进行极差分析,得到结构参数对其力学性能的影响关系规律,最后利用Design Exploration模块对艉轴承进行了曲面响应分析以及多目标优化,使其力学性能得到显著提高。     

基于谐响应分析的艉轴承动态特性研究及灵敏度分析

为了解决水润滑橡胶艉轴承运转过程中共振、鸣音的问题,基于ANSYS有限元分析平台,对艉轴承进行动态响应分析。首先,运用模态分析得到艉轴承的低阶固有频率及振型;其次,运用谐响应分析得到艉轴承随频率变化的响应规律,从而确定对艉轴承动态特性影响最大的固有频率;最后,对其结构参数进行灵敏度分析,得到振动特性的影响因子排序,为降低实验成本以及艉轴承的动态设计提供了依据。     

表面改性对滑动轴承弹流润滑的影响

考虑滑移边界条件,建立了极限剪应力模型和线接触弹流润滑模型,推导了润滑剂界面滑移速度,并修正了流体润滑Reynolds方程,针对界面改性后滑动轴承的润滑状态进行了探究。首先,分析了对轴瓦和轴颈界面均进行改性处理后,轴承润滑状态在整个弹流润滑接触区的变化;其次,分别研究了仅对轴瓦或者轴颈做改性处理的影响;最后,探究了界面改性对轴承摩擦因数的影响,并讨论了摩擦因数随载荷、速度的变化。结果表明,在弹流润滑的条件下,同时对轴瓦和轴颈进行表面改性处理时,油膜会在入口区形成凹陷,在出口区形成坍塌;仅对轴颈界面进行改性处理时,油膜会在整个接触区形成凹陷,对应的压力也会随之增加;相反,仅对轴瓦界面进行改性处理时,油膜厚度减小,压力降低;表面改性处理后,摩擦因数降低,并随载荷、速度的增大而减小。     

汽车差速器锥齿轮差速工况下的润滑特性研究

为了研究差速器锥齿轮摩擦和磨损机制,基于弹性流体动力润滑理论,建立直齿锥齿轮无限长时变弹性流体动力润滑模型,研究行星齿轮分别与左右半轴齿轮啮合时的润滑状况,计算差速工况行星齿轮时变效应下的油膜压力和油膜厚度;研究差速工况下左右半轴齿轮的润滑状况,分别比较左右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的润滑特性;研究曲线行驶路段复杂变工况下行星齿轮的润滑状况。结果表明:差速工况下行星齿轮啮合周期内的膜厚变小,且行星齿轮与半轴齿轮的相对滑动加剧;行星齿轮同左右半轴齿轮啮合时的润滑特性不同,左转弯工况时,左半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最大压力较大,右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最小油膜厚度较大;曲线行驶变工况下行星齿轮润滑特性也不同,左转弯工况向右转弯工况过渡时的压力减小,膜厚增大。     

水润滑螺旋阶梯腔艉轴承接触特性分析及结构优化

基于有限元法,考虑艉轴承材料的非线性力学特性以及各结构参数间的交互作用,对该轴承进行接触分析。采用正交试验法分析腔长、腔数、螺旋角、深浅腔比例等主要影响因素对接触应力及变形量的影响规律,采用控制变量法分析螺旋腔腔角、进/出水孔直径、螺旋腔腔深等次要因素对接触应力及变形量的影响规律,分别得到各参数的优化值。同时利用多目标优化方法,对艉轴承的沟槽直径和内衬外径进行优化,以满足低应力及轻量化的设计要求。优化后艉轴承质量降低了29%,接触应力降低了12%,在达到轻量化的目的同时,显著提高了其力学性能。     

基于ANSYS的压缩式垃圾车弧形车厢有限元分析

为解决压缩式垃圾车在实际工况下服役时出现的车厢焊缝开裂问题,设计一种弧形车厢的框架承力结构。采用Pro/E建立车厢的三维模型并通过ANSYS Workbench进行有限元静力学分析,得出其在垃圾装卸过程中的应力分布情况;进行模态分析,确定各阶振型下车厢的固有振动频率和最大形变位置;采用基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法进行随机疲劳分析,确定新设计的车厢结构是否符合运行寿命期望。结果表明:在垃圾装卸过程中,改进后车厢的最大应力为300 MPa,导轨处不超过40 MPa,整体结构满足设计要求;随着振动频率的增加,车厢最大形变位置由顶板逐渐向边板再向底板转移;在行驶过程中,新设计的车厢结构能够满足实际工况下的运行寿命期望。     

基于有限长线接触的锥齿轮热弹流润滑分析

为了研究锥齿轮的热弹流润滑机理,基于弹性流体动力润滑理论,建立有限长线接触模型,研究了直齿圆锥齿轮热弹流润滑特性。首先,将直齿圆锥齿轮热弹流问题近似等效为两同向圆锥滚子的准稳态热弹流润滑问题,应用多重网格法和逐列扫描法求解了锥齿轮整个接触线上的油膜压力、油膜厚度及固体和油膜中层的温度。结果表明,直齿圆锥齿轮沿齿宽方向上各点的压力、膜厚、温度均不相同。其中,小端的油膜压力略大于大端的油膜压力;小端的油膜厚度小于大端的油膜厚度;沿齿宽方向的温度分布差异较为明显,油膜中层的温度大于两固体表面的温度。该研究为直齿圆锥齿轮的润滑设计提供一定的理论依据。     

橡胶轴承黏弹性和振动载荷耦合润滑特性研究

基于橡胶材料黏弹性,建立综合时变效应的无限长线接触轴承润滑模型。基于三参量固体蠕变模型,并耦合振动载荷对橡胶轴承进行了弹流润滑分析。计算并分析了3种振动载荷形势下,橡胶轴承润滑膜的最大压力和最小膜厚变化,并与不考虑蠕变影响的情况进行了对比。探讨了相同载荷、不同时刻下,橡胶轴承润滑膜压力和膜厚的变化。压力的求解采用了多重网格法,为了提高收敛精度,其底层采用了牛顿迭代,求解弹性变形采用了多重网格积分法。结果表明,在计入橡胶轴承的黏弹性时,润滑膜压力在随着振动载荷做同等形式振动的同时,在蠕变开始阶段,压力会取得较大的值,且随着运行时间的延长,整体下降并趋于稳定;相反,润滑膜厚度在随载荷做相反形式振动的同时,在开始阶段,膜厚会取得较小的值,且随着运行时间的延长,整体增大并趋于稳定;相同载荷下,随着时间的延长,承载区变大,润滑膜压力减小,膜厚变大。