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。     

时变效应对轧辊轴承热弹流润滑的影响

介绍了时变效应对于乳化液热弹流润滑轧辊轴承的影响,对比了稳态与时变条件下的热弹流润滑膜的压力与膜厚.建立了考虑时变效应的乳化液润滑轧辊轴承热弹流润滑数学模型,利用压力求解的多重网格法和弹性变形的多重网格积分法,得到了时变条件下乳化液热弹流润滑轧辊轴承的数值解.计算结果表明:时变效应对于热弹流乳化液润滑膜压力的影响很小,但对于膜厚的影响却很大,即时变效应时乳化液的润滑膜厚明显变薄.     

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。     

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...     

表面微织构涂层-基体系统重载弹流润滑性能分析

目的研究表面涂层与织构化协同作用时摩擦副的重载弹流润滑性能,为重载传动的摩擦学设计提供参考。方法基于广义Reynolds方程、线弹性方程以及载荷平衡方程,建立表面微织构涂层-基体系统的弹流润滑模型,并无量纲化,然后运用Full-system有限元法编程求解,探讨涂层的弹性模量以及三角形织构深度、宽度、密度对系统弹流响应的影响。结果载荷一定时,薄膜涂层(2μm)的弹性模量变化(50～500 GPa)对油膜压力整体分布影响较小,但二次压力峰在硬质涂层上更为显著。在涂层与基体存在弹性模量差时,其上由微织构引起的集中应力是无涂层的2～3倍。最小油膜厚度随着涂层弹性模量的增大而增大。随着织构深度的增大(0～5μm),油膜压力和厚度波动更加明显,最小油膜厚度随之减小,系统最大等效应力也显著增大。当织构宽度增大(10～20μm)时,油膜压力和厚度波动减弱,最小油膜厚度先减小后增大。如果织构密度增大(0.5～2),油膜压力波动更为剧烈,油膜厚度波动变化不大,但其波动周期变化明显,最小油膜厚度先减小后增大。膜基界面最大剪应力出现在二次压力峰附近,织构化表面油膜压力波动越大,膜基界面剪应力波动也越大。结论存在一个最优的织构深度、宽度和密度,使得镀膜齿轮的承载能力最佳。合理的涂层选配和微织构设计,可以有效地提高齿轮的摩擦学性能,提前预防膜基系统失效。     

时变效应对轧辊轴承热弹流润滑的影响

介绍了时变效应对于乳化液热弹流润滑轧辊轴承的影响,对比了稳态与时变条件下的热弹流润滑膜的压力与膜厚。建立了考虑时变效应的乳化液润滑轧辊轴承热弹流润滑数学模型,利用压力求解的多重网格法和弹性变形的多重网格积分法,得到了时变条件下乳化液热弹流润滑轧辊轴承的数值解。计算结果表明:时变效应对于热弹流乳化液润滑膜压力的影响很小,但对于膜厚的影响却很大,即时变效应时乳化液的润滑膜厚明显变薄。     

线接触热弹流润滑的数值分析

基于Ree-Eyring流变模型,建立线接触热弹流润滑方程,通过数值计算得出了载荷参数、速度参数、材料参数和滑滚比对于二次压力峰、最小油膜厚度和最大油膜温度的重要影响.     

阶梯槽织构对水润滑止推轴承静态特性的影响

目的 研究非对称性阶梯槽织构对水润滑止推轴承静态特性的影响。方法 首先建立考虑表面织构、紊流以及JFO空化模型的Reynolds方程,再采用有限差分法求解方程,得到织构化轴承的压力分布以及剪应力;然后对压力以及剪应力沿轴承表面积分,求得轴承的承载力及摩擦力;最后研究不同转速以及结构参数下阶梯槽织构对水润滑止推轴承承载力及摩擦力的影响规律。结果 若阶梯槽织构为前槽深、后槽浅,且当前、后槽槽宽相等时,承载力存在最大值;对于前槽浅、后槽深的织构,当前、后槽槽宽相等时,承载力最小。当前槽槽深小于水膜间隙,后槽槽深约为0.67倍的前槽槽深时,轴承承载力最大;当前槽槽深大于水膜间隙,后槽槽深约为0.33倍的前槽槽深时,轴承承载力最大。当前槽槽深不大于水膜间隙（15 μm）时,存在使摩擦力最小的最佳槽深比;当前槽槽深大于15 μm时,随着前后槽深比从0.33增大至1.68,轴承摩擦力逐渐减小。结论 阶梯槽织构起到了减小水润滑止推轴承摩擦力的效果。将阶梯槽设计为沿水流方向前槽深、后槽浅,且前、后槽槽宽相等,可以得到较大的承载力。合适的阶梯槽表面织构参数能够实现大承载、低摩擦。     

基于热效应的织构化分形表面的弹流动压性能分析

目的研究织构化分形表面的热弹流润滑性能随分形维数及织构参数的变化规律。方法建立织构化分形表面的热弹流动压模型并无量纲化,然后运用多重网格法编程求解。通过对多种工况下的摩擦面间的最大压力、最小膜厚和摩擦因数进行比较分析,揭示织构参数和分形参数对织构化分形表面动压润滑性能的影响。结果随着织构深度的增加,最小膜厚减小,最大压力和固体界面温度增大。摩擦因数-织构深度曲线有最小值,但不同分形维数下的摩擦因数-织构深度曲线的最小值发生处的织构深度值相同。织构深度相同时,最大压力和固体界面温度随维数的增大而减小,平均摩擦因数则增大。最小膜厚-织构密度曲线和摩擦因数-织构密度曲线都存在最小值,最大压力-织构密度和固体界面温度-织构密度曲线有最大值。织构密度相同时,最大压力和固体界面温度随分形维数的增大而减小,摩擦因数则随之增大。结论分形维数越大,摩擦副表面的摩擦因数越大,但摩擦因数-织构深度和摩擦因数-织构密度曲线都有最小值。     

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。     

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。     

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.     

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。     

织构化机械密封的润滑与泄漏特性协调优化研究进展

针对机械密封的润滑和泄漏特性,研究发现,同时改善两特性的表面织构往往伴有较复杂的设计准则,而形式相对简单的织构设计在改善润滑性能的同时,往往导致泄漏增加。对互相矛盾的多个性能指标进行协调优化是表面织构技术在机械密封领域面临的挑战。优化算法是一种客观获得问题最优解的有效手段。鉴于此,介绍了基于单目标优化算法的表面织构形状优化研究现状,总结了基于多目标优化算法的机械密封润滑特性和泄漏特性协调优化研究的主要进展,并聚焦于同时以承载力和泄漏率为指标的螺旋槽参数和自由织构形状优化,最后分析了协调优化研究中存在的不足,并展望了其发展方向,以期进一步推进表面织构技术在密封领域的应用。     

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。