弹性流体动力润滑中的粘度楔理论

经典的弹性流体动力润滑 (弹流 )理论体系已经较完善的建立 .然而在实验和理论研究中 ,一些同经典的弹流理论相悖的现象被证实 ,使非经典弹流粘度楔理论的建立成为必然 .介绍了粘度楔理论建立的学术背景 ,综述了国内外相关机构的研究成果 。

计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析

根据动载滑动轴承热流体动力润滑理论,结合热变形矩阵法,提出一种考虑热变形因素影响时的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,阐述该方法的基本理论和控制方程,探讨热变形因素对主轴承工作时的轴心轨迹、润滑油流量、最大油膜压力和最小油膜厚度等状态参量的影响情况。结合一主轴承实例进行数值仿真分析,仿真分析结果发现,计入热变形影响因素后,同未考虑热变形影响时分析得到的结果相比,轴心运动轨迹发生了很大变化,平均润滑油流量和一个载荷周期内的最大油膜压力均明显增加,一个载荷周期内的最小油膜厚度明显减小,润滑油平均温升则稍有减小。内燃机主轴承在工作时受各种热源因素的影响会产生热变形,在主轴承设计以及内燃机润滑系统供油量设计过程中考虑这种变形因素的影响是很有必要的。

内燃机主轴承热弹性流体动力润滑研究

建立了内燃机主轴承热弹性流体动力润滑计算的数学模型和有限元模型。依此模型,对某4缸柴油机的5个主轴承进行了计算,分别算出其在一个工作周期内的最大油膜压力、最小油膜厚度、最高油膜温度、摩擦功耗和轴心轨迹。计算结果表明:3号主轴承所受到的载荷峰值最小,一个工作周期内的平均载荷最大,平均油膜厚度最小,油膜温度最高,平均油膜压力和摩擦功耗最大。3号主轴承的润滑状况不佳,应对其进行优化设计。

内燃机系统动力学与油膜动力润滑的耦合分析

在进行内燃机活塞-连杆-曲轴系统的多体系统动力学分析中考虑了曲轴主轴承和连杆两端轴承的流体动力润滑作用,建立了内燃机系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析模型.通过机械系统动力学分析软件ADAMS和自行编写的计算流体动力润滑程序之间的连接调用,进行了系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析.分析结果表明:在内燃机活塞-连杆-曲轴系统动力学分析中考虑油膜动力润滑作用后缸体的动态受力峰值降低,润滑油膜的动力耦合具有使缸体各部位受力趋于均匀化的作用.以不考虑油膜动力耦合作用的动力学分析作为设计依据的零部件设计具有过大的安全裕度,在内燃机零部件设计时考虑摩擦学与系统动力学的耦合是非常必要的.

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.

热边界条件对径向轴承的热流体动力润滑分析的影响

建立了径向轴承的三维热流体动力润滑模型,该模型涉及质量守恒广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程的联立求解。在此基础上,对几个重要热边界条件的处理方式进行了深入的研究。结果表明,热边界条件的处理对径向轴承热流体动力润滑分析的结果有较大的影响,为了获得可靠的计算结果,应根据实际的操作工况合理地确定热边界条件。

计及表面变形的轴向柱塞泵滑靴副热流体动力润滑分析

考虑热变形和弹性变形等影响因素,对倾覆状态下滑靴副热流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论不同柱塞腔压力、主轴转速和进口油液温度等工况下热变形和弹性变形对滑靴副热流体动力润滑性能的影响。采用有限差分法联立求解雷诺方程和油膜厚度方程进行滑靴副油膜润滑分析,采用有限单元法计算滑靴表面变形,采用能量方程和热传导方程计算油膜温度。结果表明,计及热变形和弹性形变时,油膜压力和油膜厚度场在滑靴中心油室和边缘处出现凸起峰值;油膜温度场沿滑靴半径方向由内向外递减分布;柱塞腔压力越大,主轴转速和进油口温度越高,油膜厚度的振荡衰减特征越明显,摩擦转矩随油膜厚度减小而增大,处于柱塞泵的吸排油交替区时的油膜厚度和摩擦转矩出现峰值。

微造型结构表面流体动力润滑分析

通过对真实激光微造型表面进行模拟,提出一种用正弦旋转面模拟微造型凹坑形貌的方法;通过建立的微造型表面方程,采用多重网格法计算有限宽规则凹坑表面的流体动力润滑,证明凹坑能在相对运动中引起流体的动压效应。讨论凹坑深度与膜厚比值对流体动压润滑的影响,表明当凹坑深度相对于初始膜厚足够大时,流体动压效应才能得到很好的体现。通过对不同凹坑直径的实验,证实微造型结构表面在减磨中的作用,并获得减磨效果最好的最优凹坑直径。

曲轴系统多体动力与油膜动力润滑耦合的数字化仿真研究

利用ADAMS以及MATLAB建立了某四缸机曲轴轴系与流体动力润滑的主轴承耦合多体动力学模型,得到了主轴承载荷、轴心轨迹及油膜最小厚度等数据。研究分析得出:与使用简化的转动约束轴承及线性轴承相比,考虑流体动力润滑耦合作用后,轴系得到的主轴承载荷及轴心轨迹的工作规律更接近实际系统。仿真得到的油膜轴承最小厚度及其工作特性为曲轴轴系动力学耦合分析和优化设计以及判断轴承工作的可靠性提供了重要依据。

碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

对碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承在稳态运行时的热动力润滑性能进行了分析研究，考察了弹簧弯曲刚度、载荷和转速对轴承的油膜厚度分布、压力分布、温度分布、功耗及油膜压力中心位置的影响，并提出了温度因子概念．研究表明，较小的弹簧弯曲刚度和载荷有利于提高轴承的热动力润滑性能．油膜温度随温度因子的增大而增大．当轴承转速在较大的范围内变化时，温度因子基本为常量，油膜温度也基本不变．油膜压力中心位于瓦几何中心的上游区．

支点位置分布对径向可倾瓦滑动轴承热动力润滑性能的影响

径向可倾瓦滑动轴承瓦块支点的分布情况对轴承性能影响很大.本文详细分析了瓦块支点位置分布对滑动轴承热动力润滑性能的影响.结果表明采用非均布支点布置有利于提高在大型低速重载条件下径向可倾瓦滑动轴承的热动力润滑性能.

螺旋面扇形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

提出了一种适用于推力轴承的新型瓦——螺旋面扇形瓦，并对其热动力润滑性能进行了分析。螺旋面瓦与平面瓦比较，因其本身具有一定的斜度而具有许多特点，如油膜厚度大，承载能力大，剪切速率低，粘性耗散小，温升较小，功耗少而且制造加工容易等，因此可以很好地取代平面扇形瓦。

曲轴系柔性多体动力学与动力润滑耦合仿真

以建立内燃机曲轴系统更精确的动力学模型为目的,利用ADAMS建立了曲轴系柔性多体系统动力学模型,并联合使用ADAMS和EHD(弹性流体动力学)用户定义子程序建立了油膜流体动力学模型,进行了曲轴系柔性多体系统动力学与油膜动力润滑的耦合仿真,将不计入油膜作用时的多体系统动力学仿真结果与计入油膜作用时的耦合仿真结果进行比较.同时,得到了曲轴主轴承轴心轨迹,并分析了入口压力、入口温度、发动机转速和负荷对轴心轨迹的影响.

弹性流体动力润滑状态下滚动轴承摩擦的分析

基于非牛顿弹性流体动力润滑(弹流润滑)点接触问题的数值求解方法,对深沟球轴承滚动体与滚道椭圆接触的稳态与瞬态润滑问题进行了分析.依据油膜压力与油膜厚度的数值计算结果,讨论了接触表面粗糙度、表面几何形态(粗糙表面峰谷高度)、滑滚比、接触力以及滚动速度等参数的改变对润滑深沟球轴承摩擦系数的影响.结果表明:表面粗糙度的改变对摩擦系数的影响较小;粗糙度一定时,表面几何形态的差别对摩擦系数影响较小;摩擦系数随着滑滚比的提高而增大;接触力与滚动速度的提高导致摩擦系数增大.

曲轴平衡块配置对曲轴动力润滑特性影响的仿真研究

基于多体动力学与弹性流体动力润滑理论,在考虑内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度的基础上,建立了四缸柴油机主轴承仿真模型,研究了四缸机曲轴不同平衡块配置方案对主轴动力学与润滑特性的影响.研究结果表明:随着平衡率增加,MB1(第一)、MB3(第三)、MB5(第五)主轴承最大载荷增加,平均轴承载荷减小,MB5的最大弯矩、平均弯矩相比较大,容易出现偏磨现象;随着平衡率增加,MB5的最小油膜厚度减小,平均油膜厚度增加,主轴承的峰值油膜压力平均值减小,总摩擦功耗减小,轴承端泄流量减小;平衡率相同时,曲轴采用四块或八块平衡块对轴承载荷及润滑特性影响较小,四块平衡块的曲轴相比八块平衡块,MB1、MB3、MB5最大弯矩平均小5%,平均弯矩平均大2%,MB5轴承平均端泄量平均增加4%.

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。

浮环轴承稳态热流体动力润滑分析

环速比是影响浮环轴承静动特性的关键运行参数,大量试验数据表明浮环轴承环速比与工作转速的呈强烈的非线性关系,而理论对环速比的预测还存在较大偏差,针对该问题,建立了浮环轴承的稳态热流体动力润滑润滑模型,计算了典型工况下轴承的动静特性参数,研究了等温、导热和绝热情况下环速比、温升、功耗和偏心率等关键参数随转速的变化规律,分析了浮环材料对环速比的影响,探讨了传统环速比解析计算公式的适用范围.研究发现:等温模型在大部分转速范围内均严重高估了环速比,而基于导热模型的计算结果与试验结果吻合良好,随着转速的升高,理论和试验结果均显示环速比先急速上升后逐渐下降,在中高转速下内外膜的黏度差异和热变形是环速比快速下降的两个重要因素,同时,使用高热膨胀系数材料的浮环会导致环速比进一步降低.因此,热效应是浮环轴承设计过程中必须要考虑的因素.

反常弹性流体动力润滑现象的热粘度楔润滑机理研究

综述了青岛理工大学润滑理论研究团队对弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)两种反常现象和与之相关的热粘度楔润滑机理研究的主要成果.本研究从理论上完整揭示了弹流润滑中热粘度楔效应的重要作用,证明了学术界前辈对零卷吸条件下热弹流润滑膜的存在和关于热粘度楔效应猜想的正确,并完成了对Kaneta表面凹陷的理论解释与数值仿真.Kaneta表面凹陷现象是Ka-neta等1992年发现的,为了理解Kaneta表面凹陷,各国学者先后提出了五六种尝试性理论或假说,而本研究的数值仿真雄辩地证明了这种现象产生于热粘度楔机理,从而引起了学术界对热粘度楔效应的重视.

粘弹性流体动力润滑与润滑磨损

分析了等效微弹流接触表团形状与真实情况之间的差异。讨论了材料粘性对弹性变形的影响。将材料粘性引入微弹流模型中，给出了润滑条件下磨粒磨损计算模型以及发生润滑磨损的条件准则。利用所给模型对线接触弹流润滑磨损问题进行了数值计算并给出了与试验结果的对比。

线支承扇形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

建立了线支承扇形瓦推力轴承中油膜压力、油膜厚度、能量方程和粘温方程等的无量纲表达式 ,研究了各种刮瓦形式和支承线的倾斜度对推力轴承的油膜厚度分布和温度分布的影响 ,研究表明 ,对于可倾瓦来说 ,各种刮瓦形式并不能有效降低润滑油的温升 ,不会明显改善推力轴承的润滑性能 ;推力轴承在经过长期运行后 ,推力瓦块支承线因受压缩将会向内倾斜 ,瓦块外半径处沿圆周方向上的油膜厚度显著减小 ,从而使润滑油温升大大提高 。