渐开线齿轮传动非牛顿润滑介质的线弹流数值分析研究

采用适合各种流变模型的广义Reynolds方程，通过数值联立求解非牛顿介质的线弹流润滑基本方程组，获得了渐开线齿轮啮合过程的油膜压力、膜厚、表面剪应力分布，并分析了啮合过程中非牛顿效应对齿轮传动最小油膜厚度的影响。在数值计算方向引入延拓方法，使表面煎应力迭代具有大范围收敛性。     

考虑摩擦动力学特性的渐开线齿轮润滑分析

以渐开线齿轮为研究对象,综合考虑齿面摩擦、油膜刚度和阻尼的影响,将摩擦动力学特性和齿面形貌考虑到有限长线接触弹流润滑理论(EHL)中,采用多重网格数值求解法获得了渐开线齿轮在不同啮合位置处的动载荷分布,压力与膜厚分布,并对比分析了干摩擦与润滑条件下压力分布的不同特征以及动载荷对油膜分布的影响.计算结果表明:低速时,动载荷接近稳态分布,在单双齿交替点有明显的高频冲击,随着转速的增加,动载荷变化趋于平缓;与干摩擦相比,润滑油膜可以减小最大压力峰值以及入口区和出口区的压力,但对粗糙峰凹谷处压力有所增加.沿啮合线方向,压力在节点位置附近达到最大值,膜厚受动载荷的影响较小,近似呈线性增加趋势.     

基于MEPE和EHL理论的渐开线斜齿轮啮合特性分析

以斜齿轮为研究对象,应用最小弹性势能原理(MEPE)和弹性流体动力润滑理论(EHL),采用多重网格数值求解法获得了斜齿轮在不同啮合位置及沿接触线方向的载荷分布,压力与膜厚分布,并对比分析了不同螺旋角下基于MEPE理论和基于接触线长比例理论的载荷分布模型及数值仿真结果.结果表明:沿啮合线方向,载荷在啮合中间段达到最大值,螺旋角越大,载荷分布趋于平均;受综合曲率半径和载荷分布的影响,压力分布在啮合中间段较高,膜厚沿啮合线缓慢变化,节点处稍有下降;沿接触线方向,载荷变化平缓,近似呈抛物线,最小膜厚单向线性变化,而压力则在两端具有较大值.     

渐开线直齿轮牛顿流体非稳态热弹流润滑分析

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。本文应用多重网格技术,求得了齿轮牛顿流体润滑情况下,非稳态热弹流润滑问题的完全数值解。     

基于载荷分担理论的渐开线斜齿轮热混合弹流润滑分析

沿接触线把斜齿轮分成许多小薄片,每一薄片看成具有当量角速度的直齿轮,根据欧拉方程得到任一接触点处的曲率半径和表面速度.然后基于载荷分担、弹流润滑和粗糙线接触理论,建立了考虑表面粗糙度的斜齿轮传动混合热弹流润滑模型.研究了斜齿轮传动稳态载荷分布下牛顿流体和Carreau流体时的润滑特性.结果表明:牛顿流体和Carreau非牛顿流体模型下,中心油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升随时间和接触线的变化规律相同.牛顿流体下的摩擦系数较工程实际偏大.Carreau非牛顿流体模型下摩擦系数和工程实际相符,其随接触线啮合位置的变化规律与油膜厚度正好相反.     

斜齿轮弹流润滑下的接触疲劳寿命计算

经典齿轮接触疲劳强度理论是基于光滑表面赫兹干接触理论,而实际齿面具有粗糙度,且啮合轮齿多数处于混合润滑状态.本文基于齿轮润滑接触分析建立了渐开线斜齿轮的接触疲劳寿命计算模型.模型由齿轮润滑接触分析模型和基于次表面应力分布的疲劳寿命模型组成.首先将斜齿圆柱齿轮一对齿的瞬时啮合等效为两反向圆锥的接触问题,建立了齿轮的有限长弹流润滑计算模型,考虑了齿轮啮合周期内瞬时载荷、接触线长、卷吸速度等因素的影响,基于统一雷诺方程方法求得啮合齿对间的润滑压力和油膜厚度分布;在此基础上,计算轮齿接触区次表面的米歇斯应力分布,根据Zaretsky接触疲劳寿命计算模型,对齿轮组的接触疲劳寿命进行模拟预测.针对不同工况参数下接触疲劳寿命计算表明:润滑油黏度、轮齿表面粗糙度等因素对齿面接触疲劳寿命均有显著的影响.     

考虑弹流润滑作用的斜齿轮啮合分析方法研究

油膜弹流润滑在齿轮传动中有着非常重要的作用,为得到油膜润滑作用下的齿轮啮合响应,基于ABAQUS/STANDARD的静态计算结果,首先提取了仅有齿轮啮合的齿面接触刚度,再结合油膜刚度得到了齿轮和油膜的综合接触刚度,并以此综合刚度作为接触属性关系进行齿轮的静动态运动响应计算。此外,对齿轮啮合时出现的接触区域(接触斑)不连续现象也进行了分析。最终结果表明考虑油膜润滑作用时,齿轮面的最大接触应力比无润滑作用时下降了30%左右,而齿根处最大拉应力则下降了6.14%。本方法为齿轮动力学分析和齿轮的优化设计提供了基础条件。     

基于热弹流润滑的双渐开线齿轮温度场研究

针对现有双渐开线齿轮温度场计算模型不考虑油膜润滑影响的问题,根据双渐开线齿轮啮合特点,提出采用“分段法”建立适合双渐开线齿轮的热弹流润滑模型,综合有限元法和热弹流润滑方法对其本体温度进行研究,并以润滑油膜为热源对其瞬时温升进行研究,最后分析了齿腰分阶参数对双渐开线齿轮温度场影响以及与普通渐开线齿轮温度场差异. 结果表明:双渐开线齿轮本体温度沿齿宽方向呈非对称分布,主动轮最高本体温度偏向齿根啮入端,从动轮偏向齿顶啮出端;啮合齿面间的油膜瞬时温升明显高于两齿轮界面温升,且主动轮界面瞬时温升高于从动轮;齿腰分阶参数变化对双渐开线齿轮温度场影响较小;双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮的本体温度及齿面瞬时温升区别不大.      

渐开线直齿轮弹流润滑条件下的多轴疲劳寿命预估

本文中基于弹流润滑分析和次表面应力建立了渐开线直齿轮多轴疲劳寿命计算模型.相对于传统的单轴疲劳模型,考虑了齿轮固定点的应力历史和材料属性对疲劳寿命的影响,并可以得到齿轮在完整啮合过程中的寿命分布.首先建立齿轮的有限长弹流计算模型,得到齿轮啮合过程中的油膜压力和油膜厚度,再根据油膜压力计算出次表面的应力分布;通过分析齿轮计算区域随啮合过程移动的关系,得到固定点的应力历史,再根据基于应力历史的多轴疲劳寿命模型对齿轮的完整啮合过程进行寿命预估.计算分析了不同粗糙度幅值对轮齿各点寿命大小和分布的影响.研究表明:齿面粗糙度对疲劳寿命的影响显著,随着粗糙度幅值的增大,表层下最大应力向齿面移动,导致低疲劳寿命区向齿面发展且逐步扩展到整个单齿啮合区;而表面粗糙度降低到一定程度则对疲劳寿命的影响变得不明显.     

滚子摩擦副弹流润滑特性及其应用──Ⅰ 有限长直母线滚子的弹流数值解

运用改进的数值方法求得了与实验结果相符的等温有限长直母线滚子的弹流数值解，与无限长线接触弹流结果相比较，揭示了润滑状态下滚子摩擦副的边缘效应和端泄对油膜分布的影响，在低速和重载时滚子的两端都几乎不能形成全膜润滑，因而有必要通过修形消除滚子端部的边缘效应．     

有限长线接触弹流润滑研究的现状与展望

在已有的研究工作积累文献调研的基础上，对有限长线接触弹流润滑研究的形成背景、发展过程、研究现状及其应用等进行了简要的综合介绍与分析评述，并指出了现有的研究工作的特点、存在的问题和进一步研究的主政方向及其必要性，展望了这方面研究工作的发展前景。     

摆动工况下有限长线接触弹流润滑研究

针对对数凸型滚子接触副,推导出滚子按照正弦规律摆动时的等温有限长弹流数值分析模型,通过分别建立两套坐标系统的方法解决了求解过程中润滑入口区和出口区在摆动周期内交换的问题,揭示了摆动过程中油膜压力和厚度的分布规律,并讨论了摆动频率的影响.结果表明:在摆程不变的条件下,膜厚随摆动频率增加而增大,有利于润滑膜的建立,但同时会增加1个周期中的最大压力及压力波动幅度,使工件易于疲劳;对于相同凸度量,在低频摆动工况下边缘效应较高频工况下的严重,因此在低频摆动工况下使用滚子设计时需要增大其凸度量.     

步态条件下人工膝关节线接触弹流润滑分析

参照关节模拟试验机的运动和力学参数,利用多重网格技术对人工膝关节摩擦副进行了1个步态周期仿人体环境线接触弹流润滑仿真,关节支承表面的弹性变形按半无限体计算.同时,观察了几种参数对流体压力分布和膜厚形状的影响.结果表明:在1个步态周期内,中心压力与载荷变化基本相同,且等效曲率半径的变化会引起中心压力的跳跃.站立相时在卷吸和挤压膜效应的共同作用下,中心膜厚呈逐步减小并伴随着波动;摆动相时,载荷固定,膜厚的变化主要与卷吸速度有关.减小胫骨平台曲率半径有助于提高滑液膜厚度;延长步态周期的时间,会使滑液膜厚减小.     

非稳态弹流润滑状态下滚动体-滚道摩擦副的动力特性研究

针对滚动体-滚道摩擦副,建立了点接触非稳态弹流润滑数学模型,利用FFT技术和半解析算法数值求解了接触体在自由振动过程中油膜压力和膜厚的变化,同时结合有阻尼系统的自由振动模型,给出了预测点接触摩擦副动力特性的方法,在较宽的载荷和速度范围内分析了接触副的等效刚度系数和阻尼系数的变化.结果表明：根据接触副的实际工作载荷和速度所确定的无量纲自然频率来进行非稳态弹流的计算所得到的膜厚结果更接近实验值;在接触体的振动过程中油膜的压力和厚度在平衡位置附近上下波动,且由于润滑油膜的作用接触体的振动幅值逐渐减小;刚度系数随载荷参数的增加而增加,随速度参数的增加而减小,而阻尼系数的变化规律较复杂,在不同的载荷和速度范围内呈现出不同的变化趋势.     

微油滴供油条件下弹流润滑行为的数值分析

油气润滑条件下润滑油以微油滴形式供给摩擦副,基于此建立了简化的单个微油滴供油弹流润滑模型,模拟了微油滴通过弹流接触区的全过程.结果表明:卷吸速度和润滑油黏度会影响微油滴的扩展距离,进而使接触区油膜的形成产生差异.卷吸速度越高,或润滑油黏度越大,微油滴的扩展距离就会越小,油膜仅在接触区中部区域产生,微油滴类似硬质颗粒般在接触表面挤压出凹坑穿过接触区.理论结果和实验结果对比,具有良好的一致性.     

谐波振动下线接触弹流润滑的仿真及分析

采用多重网格技术对谐波振动下线接触弹流问题进行了仿真 ,并对不同振动参数下油膜厚度与压力分布的仿真结果进行了分析 .结果表明 :谐波幅值和频率均对弹流膜厚度、形状及压力分布具有重要影响     

非牛顿重载滚滑工况有限长线接触热弹流研究

在流速主矢量方向使用Eyring流变模型,用多重网格法求出接触压力高达1.04 GPa的相交圆弧修形滚子的热弹流完全数值解.研究表明:随着Eyring流体非牛顿效应的增强,有限长线接触弹流二次压力峰的高度明显降低,每次工作循环中摩擦副受第二次高压的强度减小;热效应显著减弱,有助于防止由热效应导致的各种形式的失效;最小油膜厚度略有增加,有利于润滑膜的形成.因此,使用Eyring非牛顿流体有利于延长线接触副的寿命.与此同时,使用Eyring非牛顿流体时,非牛顿效应对滚子端部的压力分布影响很小,因此Eyring非牛顿效应对有限长摩擦副的凸度设计无明显影响.