波动载荷对直齿轮微观热弹流润滑的影响

根据实测表面形貌数值拟合了一表面形貌函数,计入了波动载荷效应,考虑了表面粗糙度、时变效应和热效应,对直齿轮进行了微观热弹流润滑研究,分析了载荷波动频率和载荷波动幅值对油膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:低频波动载荷对压力、膜厚和最大温度影响较大,波动载荷频率较高时中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大温度基本不受波动频率影响;较低波动频率下双齿啮合变单齿啮合瞬时的接触区中心位置的瞬态温升较大,载荷波动频率的增大引起节点接触区入口处温升减小,随着波动频率的增大节点处接触中心位置的瞬态温升增大明显;载荷波动幅值较大时,接触区中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大温度波动幅度较大。     

椭圆接触乏油弹性流体润滑数值分析

采用多重网格技术,通过对乏油弹流润滑基本方程的数值求解研究了椭圆接触乏油弹流润滑,分析了入口初始位置对乏油润滑中心膜厚、最小膜厚、油膜压力及部分油膜比例的影响.结果表明:中心膜厚和最小膜厚随着入口区初始位置远离接触中心而逐渐增大,并最终趋于一个稳定的值.随着入口初始位置向接触中心移动,接触中心最大油膜压力基本无变化,但是二次压力峰值逐渐向出口区移动并减小;油膜压力区逐渐减小,乏油区增大.当入口初始位置达到1.2时,中心膜厚、最小膜厚和压力区已很小,达到了严重乏油状态.     

固体颗粒对脂润滑线接触弹流影响的数值分析

建立了含固体颗粒的脂润滑线接触弹流润滑模型,推导了相应的润滑方程,通过数值方法分析了固体颗粒中心位置、尺寸和速度对脂润滑线接触弹流油膜压力和油膜厚度的影响,并与不含固体颗粒的脂润滑线接触弹流油膜压力和油膜厚度进行了比较.数值分析结果表明:固体颗粒对脂润滑线接触弹流的油膜压力和油膜厚度具有一定的影响;球状固体颗粒对油膜压力和油膜厚度的影响较为显著,其中颗粒半径变化对油膜压力和油膜厚度的影响最大;片状固体颗粒对油膜压力和油膜厚度的影响较小.     

角接触陶瓷球轴承弹流润滑状态分析

基于点接触弹流润滑理论,建立角接触陶瓷球轴承弹流润滑的数学模型,采用多重网格法分析油气润滑条件下内部接触区的润滑状态,得到角接触陶瓷球轴承的点接触弹流润滑完全数值解.分析结果表明:由于颈缩的存在,在相应的位置上将出现二次压力峰;在二次压力峰处,油膜开始收缩,形成出口区的颈缩现象;随着转速的增大,外圈油膜最大压力连续增大,内圈油膜最大压力变化不明显,内、外圈最小油膜厚度随转速增大而增大;轴承载荷影响主要表现在压力分布上,随着载荷逐渐增大,内圈接触区油膜最大压力变大.     

承受冲击载荷的径向轴承瞬态性能的研究

联立求解三维瞬态雷诺方程、轴颈的运动方程、考虑油膜和轴瓦的三维瞬态温度及油膜压力和温度对润滑油粘度的影响,得到了在受到冲击载荷后的径向轴承的瞬态性能。结果表明,受到冲击载荷后,轴心会在新位置重新稳定下来,各性能参数也重新达到平衡,达到平衡的时间与冲击载荷的大小基本无关;轴心的运动轨迹范围随着冲击载荷的增大而增大;润滑油膜和轴瓦的热传导惯性影响着油膜温度的变化,从而影响轴承最小油膜厚度和最高油膜压力。     

滑靴副润滑油膜成膜特性的理论与试验研究

为使滑靴副具有良好的摩擦性能,应使滑靴副处于全膜润滑状态. 通过耦合流体动力润滑方程、膜厚方程、任一点速度方程、流量平衡方程以及滑靴所受的力和力矩平衡方程,建立了滑靴的摩擦动力学模型,设计了滑靴副模型试验装置,仿真分析与试验研究了工作转速与压力对滑靴副油膜特性(中心膜厚、最小膜厚以及倾斜方位角)的影响. 仿真与试验结果表明,滑靴副的油膜厚度随工作转速的升高而增大,但增大趋势逐渐变缓;滑靴副油膜厚度随工作压力的升高而减小;低速高压下,滑靴副易处于混合润滑状态.      

轴颈倾斜的水润滑橡胶艉轴承的静态特性

针对船舶艉轴承轴颈受载倾斜产生的摩擦磨损问题,建立了圆周式和沟槽式水润滑橡胶轴承中分面轴颈中心为基点的轴颈倾斜下的弹流润滑模型,采用有限差分法求解了在轴颈对中和轴颈倾斜状态下的压力及膜厚分布,分析了轴颈倾斜角变化对轴承油膜力、油膜力矩及压力中心等静态特性的影响。研究结果表明:轴颈倾斜前后,圆周式和沟槽式轴承静态特性变化明显,最大油膜压力在倾斜角增加超过某一阈值后迅速增长,最小油膜厚度随轴颈倾斜角增加而减小至可允许最小膜厚;由于轴颈倾斜后油膜压力沿轴向不再呈对称分布,压力中心向下沉端方向移动,继而产生油膜力矩且其值从0增大;轴颈可允许最大倾斜角随偏心率、允许最小膜厚等增大而减小。研究结果可为轴颈倾斜状态下水润滑橡胶轴承的润滑性能优化提供参考。     

轴颈倾斜的径向轴承热弹性流体动力润滑分析

通过联立求解质量守恒的广义Reynolds方程、能量方程、固体热传导方程和固体变形方程,建立了轴颈倾斜的径向轴承三维热弹性流体动力润滑（TEHD）模型.在此基础上,深入研究了轴颈倾斜径向轴承的TEHD性能.结果表明,弹性变形和热变形都对轴颈倾斜径向轴承的性能具有显著影响.当只考虑弹性变形时,油膜厚度变化曲线出现了局部“凸”的形状,且最大油膜压力减小;当只考虑热变形时,油膜厚度变化曲线出现了局部“凹”的形状,且最小油膜厚度增大,但热变形对最大油膜压力的影响不大;当同时考虑弹性变形和热变形（即完整的TEHD模型）时,轴颈倾斜径向轴承的所有性能参数都发生了明显的变化,因此,对于重载高速的操作工况,有必要建立轴颈倾斜径向轴承的TEHD模型.     

DAS组合密封圈密封特性

为了研究工程机械用DAS组合密封圈密封特性及其变化规律,建立密封特性计算模型,使用三次多项式修正密封圈压力油侧接触应力,得到近似油膜压力分布;结合逆解法求解油膜厚度,研究DAS组合密封圈预压缩量、油液压力及活塞杆伸出速度对平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力的影响。研究结果表明:随着预压缩量增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着油液压力的增大,平均油膜厚度及内泄漏量逐渐减小,动摩擦力逐渐增大;随着活塞杆伸出速度增大,平均油膜厚度、内泄漏量及动摩擦力随之增大。综合考虑各因素对密封件磨损、内泄漏的影响,建议DAS组合密封圈应用于活塞密封时最小压缩量c=1 mm,最大活塞杆伸出速度v=0.1 m/s。     

液固二相流润滑下活塞环/缸套摩擦特性研究

文章基于Reynolds方程及颗粒承载模型,引入颗粒直径及浓度等参数,建立一种分析液固二相润滑下活塞环/缸套摩擦副润滑状态的模型,分析了不同颗粒直径和浓度对承载、油膜厚度及摩擦力的影响。当粒径小于最小油膜厚度时,液固二相流体的粘度、膜厚及摩擦力增加;粒径大于膜厚时,颗粒由于承载使油膜压力减小,经粘压效应,降低了二相流体的粘度、膜厚及摩擦力。     

高速轮轨黏着机理及特性的研究

该研究建立了水油介质污染条件下并考虑接触表面粗糙度影响的三维高速轮轨黏着数值模型;建立了考虑弹塑性接触和摩擦温升情况下的二维高速轮轨黏着模型;初步建立了考虑流变、弹塑性变形及温升的二维高速轮轨黏着模型。在三维模型中,轮轨间的液体介质可沿着横向和纵向流动,且粗糙峰沿横向和纵向分布的影响同时能得到考虑,与实际情况相符。考虑到三维模型的复杂性,在求解雷诺方程时采用多重网格法求解,利用多重网格积分法求解膜厚方程以加快求解速度。然后利用数值模型,以我国CRH2型高速列车的参数为基础,对轮轨黏着进行了数值模拟计算,研究了轮轨间存在水、油污染时,列车运行速度及轮轨表面粗糙度等对轮轨黏着特性的影响规律。数值结果表明:(1)水介质存在时列车运行速度增大会引起中心膜厚增大而引起黏着系数的急剧减小。(2)粗糙度增大引起膜厚比的减小,从而引起黏着系数的增大。纵向表面纹理有利于黏着特性的发挥。(3)将数值模型的部分结果与较低速度下的试验结果进行了对比,吻合较好,验证了数值模型在低速条件下的可靠性。在建立考虑弹塑性接触和摩擦温升情况下的二维高速轮轨黏着模型时,基于H.Chen的简化模型基础上加入了入口区温升、固体粗糙峰间的摩擦温升以及考虑Zhao等提出的微观粗糙峰间的弹塑性影响。对运行速度、接触压力等对黏着系数的影响进行了讨论。主要得出以下几个结论:(1)速度增大导致接触区内膜厚的增大,降低了固体承载比率,因而黏着系数下降。(2)接触压力越大导致固体部分接触压力增大,但是增大的量比总载荷增大的量小,固体峰承载的比率还是下降的,直接导致黏着系数的下降。速度相对于接触压力而言对黏着系数的影响更大。(3)弹性模型过高地估计了黏着系数,这对于保障列车行驶安全是不利的。(4)该模型考虑热效应的数值结果与日本新干线上的实测数据接近。该研究初步建立了一个同时考虑热效应(流体膜剪切及固体粗糙峰摩擦产生)、微观粗糙度弹塑性变形及流体的流变效应的高速轮轨黏着二维数值模型。采用多重网格法求解模型中的雷诺方程,以提高运算效率。整个求解流程采用压力-温度两场交叉求解,直到求得收敛解。利用该模型得到合理的数值结果。     

湿式铜基摩擦副局部接触对摩擦因数的影响

考虑金属的热衰退特性及温度、压力和摩滑速度对混合润滑油膜的影响,建立了湿式铜基摩擦副局部接触摩擦因数计算模型,研究了摩滑过程中湿式铜基摩擦副局部接触状态下摩擦因数的变化规律,并通过销-盘摩擦因数测量实验对摩擦因数计算模型进行了验证.研究结果表明:摩擦元件屈曲变形导致摩擦元件间摩擦状态发生变化,在局部接触条件下,接触区摩擦状态随温度升高可分为油膜主导阶段、微凸峰主导阶段、摩擦因数上升阶段和热衰退阶段4个阶段.其中,油膜主导阶段会随摩滑速度的减小而消失.干摩擦状态下,摩滑速度对摩擦因数影响较小.在混合润滑状态下,摩擦因数随摩滑速度增加而下降,且温度越小摩擦因数衰减越显著.局部接触区平均面压较小时,压力对摩擦因数影响较小,当压力超过100 MPa时,接触面压力开始对混合润滑中的油膜主导阶段产生影响,此时摩擦因数随压力升高而增大.      

利用格子Boltzmann方法计算页岩渗透率

针对页岩中孔隙主要分布在纳米尺度的特点,建立Knudsen数修正固体边界并考虑镜面反弹的格子Boltzmann模型。利用二维平板模型,考察Knudsen数对渗透率的影响,得出在一定误差条件下,须考虑Knudsen数修正的最大孔隙宽度。由页岩的SEM扫描图像重构得到三维数字岩心,利用新模型进行模拟流动,并计算得到绝对渗透率。结果表明:利用Knudsen数修正后,通道中间部分流体速度增大,固体边界处速度变小;压力不变,随着孔隙直径变小,Knudsen数增大,渗透率变小。     

波度动压机械密封的性能分析与优化选型

基于质量守恒的空化边界条件建立波形密封端面润滑液膜的理论模型,采用有限元法求解润滑液膜的Reynolds控制方程,获得不同工况参数和几何参数下的密封性能变化规律,并与试验结果进行对比。结果表明：压力和转速增大均会导致泄漏率和液膜刚度增大,动压效应增强,有利于密封运行稳定,但是低压下液膜易发生空化;温度对最小液膜厚度没有影响,对动压效应略有影响,且随着温度升高,动压效应在减弱;波数和波幅增大均会导致最小液膜厚度和泄漏率增大;波数越多,液膜刚度越大,静压效应越强;波幅越大,液膜刚度越小,动压效应越弱;综合考虑泄漏率和密封运行稳定性,波形端面的波数为9,波幅为6.3μm较为合理,更适合于核主泵轴密封运行。     

基于轧制界面表面粗糙度特征的板带轧机混合润滑特性研究

综合运用平均雷诺方程、Christensen随机粗糙峰分布理论、摩擦润滑理论和金属轧制变形理论,建立考虑表面粗糙度特征影响的轧制工作界面混合润滑模型,并采用该模型系统分析基于不同表面粗糙度方向、压下率、轧制界面膜厚比、接触载荷比、界面流体压力和接触面积比等混合润滑摩擦性能参数随润滑油卷吸速度或工作区位置变化的情况。研究结果表明:粗糙度横向分布更有利于润滑性能的提高;在相同表面粗糙度下,随着压下率增大,接触面积比和膜厚比减小;在相同压下率下,膜厚比随工作界面润滑油卷吸速度的增大而增大,而接触载荷比和接触面积比随之减小;工作界面表面粗糙度对界面流体压力分布有较大影响,在表面粗糙度最小处流体压力最小。     

加热炉管内液固两相流固体颗粒冲蚀规律分析

横管跑道型结构炉管是煤焦油加热炉中的重要部件,煤焦油中携带的固体颗粒会对弯头管壁造成冲蚀,研究在不同条件下弯头管道处的冲蚀规律对安全生产具有重要意义。利用FLUENT软件模拟炉管弯管处液固两相流流动规律,分析在不同质量流、流速、温度、颗粒直径下固体颗粒对管壁的冲蚀规律。结果表明,弯管整体部分会产生断断续续区域性的冲蚀,其中最严重的部分发生在弯管中间处。流体的颗粒质量流量、速度、温度及颗粒直径的增大均会增大管壁处的最大冲蚀率,质量流量、流体速度与冲蚀速率之间呈二次函数关系,质量流量增加到0.11 kg/s后会对冲蚀率产生一定的抑制作用;流体速度对冲蚀率影响最大。流体的温度在20～50℃内,温度升高改变流体黏度系数成为冲蚀率增加的主要因素,在50～60℃,颗粒动能与流体黏度的耦合作用是导致最大冲蚀率减小的主要因素。当颗粒直径在50～200μm,冲蚀速率随着颗粒直径增大增加较慢。研究结果对于预测加热炉炉管冲蚀情况、预测最大冲蚀位置、适当增加炉管壁厚、提高炉管使用年限具有重要的参考意义。     

Mo2C膜脱附激活能随沉积温度的变化规律

介绍了用金属有机气相沉积(MOCVD)制备Mo2C膜的过程和对膜的颗粒粒径的测量结果,建立物理模型,导出粒子脱附激活能的计算公式,探讨了Mo2C膜的脱附激活能随沉积温度的变化.结果表明:沉积温度低于380 ℃时,Mo2C膜的脱附激活能随温度升高而增大较快;而高于380 ℃时,激活能随温度升高而增大的速度变小.     

超声法测量圆柱滚子轴承润滑油膜厚度

针对实际工况下圆柱滚子轴承接触区润滑油膜薄而窄难以测量的问题,利用基于等效弹簧模型的超声测量原理进行研究,设计并搭建了专用圆柱滚子弹流润滑油膜厚度测量实验台,对超声测量圆柱滚子轴承润滑油膜厚度进行实验研究。通过该实验台来模拟圆柱滚子在实际工况下的运行状态,高频测量探头安装在5自由度微动平台上以便调整合适的测量位置;在轴承保持架上贴一个反光片作为每个工况下开始测量的触发信号,保证每次测量同一个滚子;使用温度传感器实时测量实验轴承温度,考虑温度对润滑油的影响。实验所能测量的最大转速取决于重复频率,重复频率不足会导致较大的测量误差;超声探头聚焦直径区域内的平均效应导致无法测量比聚焦区域更小的油膜分布信息。在最高转速600r/min、最大载荷16kN的范围内成功测量到了圆柱滚子轴承在实际工况下0.2~1.2μm的膜厚。实验结果表明:最小膜厚会随转速的升高而增大,随载荷的增大而减小,与理论计算结果拟合程度较高,证明了该方法在实际工况下测量圆柱滚子轴承油膜厚度的有效性和准确性。     

轴颈转速对滑动轴承油膜特性的影响

基于Navier-Stokes方程组对某型车用汽油机曲轴主轴承油膜特性进行了三维数值模拟,获得了不同轴颈转速下,润滑油油膜压力和组分的分布规律,揭示了曲轴转速对滑动轴承油膜特性的影响。数值模拟结果表明,随着轴颈转速的增加,滑动轴承油膜承载区的作用范围以及油膜最大压力的位置几乎不变;在油膜承载区的相同周向位置处,油膜压力随轴颈转速的增加不仅呈线性增大,而且其在最大压力位置处随轴颈转速增加,增长速度最快。此外,随着轴颈转速的升高,油膜破碎区域内充满空气区域的面积逐渐减小,润滑油入口附近油膜破碎区的面积逐渐增加。     

双定子叶片泵滚柱连杆组摩擦副润滑特性分析

利用Matlab软件计算得出滚柱连杆组摩擦副作用力及内外滚柱偏转角的变化情况,分析得到作用力及接触应力最大位置,将其作为滚柱连杆组摩擦副润滑分析位置,并采用弹流润滑理论进行分析.研究结果表明:滚柱连杆副的润滑特性随滚柱半径的增大及液压泵转速的升高而变好;滚柱-连杆副的最小油膜厚度和膜厚比随半径差增大而迅速减小,随滚柱半径的增大而缓慢增大;当滚柱半径选取范围为2.5～3.5 mm,半径差取值范围为0.05～0.55mm时,该摩擦副的润滑状态良好;半径差越小,该摩擦副的润滑状态越好,考虑到实现径向间隙补偿,半径差设计范围为0.3～0.5 mm.