高雷诺数下径向滑动轴承的热弹流润滑特性

径向滑动轴承在高速、重载或大径向间隙等状态下,常伴随着润滑油流态变化、油温升高和轴瓦弹性变形等,对轴承的运行稳定性造成较大影响。联合有限差分法和有限单元法建立紊流、热效应、弹性变形等多因素耦合的润滑仿真模型,分析了轴承在紊流状态下油膜压力和油膜厚度的分布,并讨论了轴承偏心率、转速和间隙比变化时,其承载力和最大油膜压力的变化。结果表明:在高雷诺数下,紊流效应会影响轴承油膜压力和油膜厚度分布,减小最大油膜压力和偏心率,增大最小油膜厚度和偏位角;随着转速和偏心率的增大,油膜承载力、最大油膜压力随之增大;随着间隙比的增大,油膜承载力呈非线性减小,最大油膜压力近似线性增大。

Effect of Surface Texturing on Lubricating Condition under Point Contact Using Numerical Analysis

The contact fatigue life of machine elements is affected by pitting, wear and so on, under heavier loading conditions. Increasing the fatigue life requires mainly the improvements of lubricating condition, operating condition and materials. In order to improve the lubricating condition, it is necessary to investigate the relation of the microscopic surface texturing and the contact modes of machine elements. In this paper, thus, the pressure and oil film thickness of the contact between sphere and the plate with 5 kinds surface texturing were calculated using a commercial software based on Reynolds equation. There was sufficient evidence to suggest that the dimple shape was the optimum texturing to increase the lubricating condition.

滚动轴承润滑膜厚及保持架转速的超声测量

滚动轴承的运行稳定性与钢球和内外圈之间的润滑状态密切相关,膜厚则是表征轴承润滑性能的重要参数。基于超声弹簧模型建立了膜厚测量模型并搭建了试验台,通过试验台模拟球轴承的运行状态并测量钢球周围以及沿滚动方向的膜厚分布,分析了转速对最小膜厚的影响;同时,根据连续2个钢球通过探头正下方的时间间隔计算保持架转速,分析得到了不同重复频率所能测量的保持架转速范围。试验结果表明,膜厚的实际测量值与理论值吻合较好,保持架转速的实际测量值与纯滚动条件下的理论转速一致性良好,可用于轴承打滑状态的评估。

电机轴承油膜击穿电压阈值的计算及测试

变频器的广泛应用使变频供电引起的电机轴承电蚀问题日益凸显,为提出合理的抑制方案,需要界定轴承油膜击穿电压阈值。通过理论分析获得轴承最小油膜厚度,在此基础上建立油膜击穿微区的仿真模型,计算不同载荷、转速、温度下击穿电压阈值的变化,结果表明:低速、高温、大载荷工况下的击穿电压阈值会降低,更容易产生放电击穿电流;研究了轴承表面粗糙度对轴承油膜击穿电压阈值的影响,发现轴承表面粗糙度较大时,轴承油膜更易被击穿;搭建轴电压测试平台测试击穿电压阈值随温度和转速的变化,规律与仿真分析一致。

温黏热效应对圆锥动静压浮环轴承润滑承载特性影响分析

为研究润滑油温黏热效应对圆锥动静压浮环轴承性能的影响,构建内、外膜热流体润滑控制方程组,采用有限元法和有限差分法耦合求解Reynolds方程、能量方程、温黏关系式及浮环平衡方程,结合轴承温度测量试验获得油膜温度场分布特征,分析不同转速、偏心率工况下轴承承载力、摩擦力矩、端泄流量等润滑承载特性的变化规律,揭示温黏热效应对最小油膜厚度的影响。结果表明:油膜温度场不均匀分布现象明显,深腔与进油槽油膜温度较低,封油面附近油温迅速升高;温黏热效应使轴承在高转速下的承载能力下降,端泄流量增加;内外层最小油膜厚度随进油温度的升高而减小,为避免承载力下降引起局部油膜破裂及润滑失效,有必要在轴承设计分析阶段考虑温黏热效应的影响。

基于Romax的柔性轮毂轴承仿真及参数优化

本文通过对轮毂轴承内、外圈及小内圈进行网格划分,并将网格文件导入Romax-Designer软件中搭建了轮毂轴承内、外圈全柔性化模型。分析了轴向载荷、径向载荷、倾覆力矩对轴承的影响,并对轴承设计参数(接触角、滚动体数、钢球直径、列间距、轴向工作游隙)分别开展对轴承载荷、寿命、最小油膜厚度的单因素仿真试验。对计算数据采用正交试验方法处理,得到影响轴承性能的主次因素及最佳搭配组合。该方法可为工程师设计轮毂轴承提供必要的参考。

加速方式对径向滑动轴承启停过程的影响

建立考虑表面粗糙峰接触和流体动压共同作用的混合润滑模型,研究流体动压径向滑动轴承在不同加速方式下的启停行为。求解了启停过程的瞬态油膜力、粗糙峰接触力、最大油膜压力和平均最小油膜厚度,得到了启停过程的轴心轨迹及轴颈与轴瓦表面接触时间、启动速度、摩擦力矩和摩擦功耗的变化规律,结果表明:不同加速方式对启动过程中轴承瞬态油膜力、平均最小油膜厚度、接触行为、摩擦功耗和摩擦力矩有较大影响,对轴心轨迹有一定影响,而对最大油膜压力峰值影响较小;相比启动过程,停机过程中时间项引起的挤压效应明显,加速方式对停机过程中各项瞬态参数的影响较小。

沟道表面纹理对滚动轴承热弹流润滑的影响

为研究沟道表面纹理对轴承润滑性能的影响,建立了滚动轴承的热弹流润滑模型并与动态接触模型进行耦合分析,仿真结果表明该模型可以模拟角接触球轴承在不同表面下的润滑状态并直观反映其润滑特征的变化。通过对比横向、纵向和各向同性3种表面纹理发现:纵向纹理表面形成油膜的能力较好,平均膜厚和最小膜厚均高于光滑表面,且对表面压力、温度和应力的影响较小,相对于光滑表面可以明显改善润滑的效果;横向纹理和各向同性纹理会引起表面压力、温度和应力的剧增;另外,增大纹理波长或减小纹理幅值均会降低接触区压力,增大膜厚,减小温升,降低最大Von Mises应力,选择合适的纹理波长和幅值有利于提升轴承润滑性能。

风电齿轮箱行星齿轮滑动轴承的润滑性能

为研究风电齿轮箱行星齿轮滑动轴承的润滑性能,基于雷诺方程建立了滑动轴承动压润滑性能的计算模型,分析了工况和结构参数对滑动轴承润滑性能的影响。结果表明:在径向载荷和力矩的作用下,滑动轴承的油膜压力主要集中于轴向两端位置;当周向油槽为180°,不考虑修形,且径向载荷发生偏移时,滑动轴承的最大油膜压力增大,最小油膜厚度减小;相较于周向油槽为180°,周向油槽为360°时滑动轴承的承载能力明显降低;当周向油槽为180°时,油膜压力过于集中不利于滑动轴承的正常运行,全圆弧修形能够改善滑动轴承的油膜压力分布。

基于动力学和摩擦学耦合的柴油机轴系润滑特性分析

在考虑曲轴轴颈和轴承变形及其表面粗糙度的基础上,采用有限元法和有限差分法相结合计算油膜特性,在分析的过程中采用基于模态压缩法的多体动力学和前两种方法耦合.得到了700～1,500,r/min范围内的5个转速不同曲轴转角下的主轴承最小油膜厚度、最大油膜压力和某个转角下的轴承油膜压力分布和机油填充率.同时也得到了10,μm～40,μm范围内的初始轴系间隙下最大油膜压力、最小油膜厚度和最大摩擦损失变化趋势.结果表明,最小油膜厚度和最大油膜压力出现在不同的曲轴转角,主轴承上的油膜压力的分布与机油的填充率有关.随着初始轴系间隙从10,μm增加到40,μm,最大摩擦损失一直在减小,且这个过程轴承最大摩擦损失减少了大约4,kW.

基于AVL-EXCITE的内燃机连杆轴承润滑仿真分析

内燃机连杆轴承的润滑状况对连杆轴承的使用寿命影响很大。随着内燃机的不断强化,对连杆轴承性能的要求也相应提高。因此,深入研究连杆轴承的润滑问题以便更加准确地分析和设计轴承的性能便显得日益重要。首先从理论上阐述了润滑状况对轴承工作可靠性的影响,然后针对某发动机的连杆,在AVL-EXCITE中建立了连杆的柔性多体动力学与动力润滑耦合仿真模型。通过计算得到了连杆轴承的轴心轨迹、最小油膜厚度和最大油膜压力等参数,并比较了转速、轴承间隙和温度对轴承润滑性能的影响。研究结果对连杆轴承动力学耦合分析和优化设计以及判断轴承工作的可靠性具有重要意义。

四瓦可倾瓦轴承瓦块摆动特性

以第四代核电机组高温气冷堆氦风机导轴承为对象,系统研究四瓦可倾瓦轴承的瓦块摆动特性。理论推导得出量纲一瓦块摆角取决于轴承结构参数、预负荷和偏心率,但是与轴承间隙比、轴颈转速和润滑油黏度无关。数值分析表明:瓦块摆角特性由瓦块与载荷周向相对位置、预负荷和偏心率决定。轴承结构参数确定时,与载荷正对瓦块的摆角曲线的形状取决于预负荷,预负荷小于0.5时其摆角随偏心率增大先增加后减小,预负荷大于0.5时摆角则随偏心率的增大而逐渐减小;与载荷侧对瓦块的摆角在预负荷较小时随偏心率增大一直增大或减小,预负荷较大时则随偏心率的增大先保持不变然后减小。瓦块摆角对最小油膜厚度影响很大,瓦块摆角可能为负值,从而使最小油膜厚度较固定瓦时的最小油膜厚度偏大。研究结果为氦风机安全运行分析提供了依据。

基于疲劳与磨损的曲轴主动再制造时机选择

为了解决再制造时机不确定问题,从疲劳和磨损两方面研究了曲轴的主动再制造时机。根据疲劳强度冗余因子及最小油膜厚度临界阈值,提出疲劳主动再制造时机与磨损主动再制造时机的概念。运用非线性多体动力学软件AVL-EXCITE,建立了柴油机连杆大头轴承的弹性液体动力润滑仿真计算模型,用于计算轴承的最小油膜厚度,并以Holland法验证模型的可靠性。综合考虑疲劳和磨损主动再制造时机,建立了曲轴主动再制造时机选择流程,以确定曲轴的最佳再制造时机。以某型号柴油机曲轴为例,验证了所提方法的有效性和可行性。

使用因素对多缸内燃机主轴承润滑的影响

对某多缸内燃机滑动主轴承的热流体动力润滑(THD)计算分析表明,除设计因素外,实际使用因素也对主轴承的润滑状况产生不良影响。通过对主轴承轴心轨迹和最小油膜厚度(MOFT)的计算分析发现,内燃机超负荷运行,主轴颈与轴瓦间隙过大,过热及冷机加载等因素不利于主轴承流体动力润滑膜的形成,并加速主轴承的摩擦和磨损。

外齿轮式高压油泵全齿面润滑的理论分析

为探究困油压力和异齿数对外齿轮式高压油泵全齿面润滑的影响,基于齿轮传动的几何关系,将全啮合齿面分成3个啮合区、8个位置点和7个过程,并以主动齿轮的啮合曲率半径为变量,建立了全齿面的啮合力公式和基于弹流润滑理论的膜厚公式,并对最小膜厚和最大啮合力发生的位置作出准确的判断。实例的研究表明:啮合力的变动很大,全齿面润滑总体上属于刚性-变粘度的边界润滑;不同啮合点可能会采用不同的膜厚公式;异齿数能缓解啮合力的波动和改善齿面润滑状态,但效果不明显。由此得出外齿轮式高压油泵的齿面润滑确实有别于常规的齿轮传动,因而不能直接应用现有的计算公式。

具有裂纹的曲轴-轴承系统动力学与摩擦学耦合分析

以实测示功图为计算依据,以4缸柴油机的曲轴-轴承系统为研究对象,应用动力学仿真软件ADAMS耦合分析了具有裂纹的曲轴-轴承系统动力学行为和摩擦学特性,提出了"等效直径法"建立具有不同深度裂纹的弹性曲轴有限元模型.由于裂纹的扩展是曲轴动力学响应的慢变参数,从启裂到曲轴断裂采用线性插值法,分别建立具有不同深度裂纹的曲轴-轴承系统动力学和摩擦学耦合分析ADAMS模型并求解.结果表明,裂纹对其附近的曲轴轴承的动力学和摩擦学性能影响较大,随着裂纹深度的增加,裂纹附近的主轴承反力、最大油膜压力峰值和最小油膜厚度均减小,但曲轴轴颈中心径向振动响应振幅增加.

圆柱凸轮侧向传动机构最小油膜厚度计算公式

圆柱凸轮侧向传动机构是一种新型的减速机构,与弧面凸轮传动机构相比承载力更大。为研究圆柱凸轮侧向传动机构啮合过程中的润滑状态,依据Hamrock-Dowson公式,推导出稳态工况下圆柱凸轮侧向传动机构线接触最小油膜厚度计算公式。该公式表明对润滑油膜厚度影响较大的因素主要有润滑油黏压系数、常压下润滑油动力黏度、转速、圆柱半径、滚子半径及从动盘节圆半径,因此可通过优化结机构构及调整机构工况来改善机构润滑状态。采用该最小油膜厚度计算公式计算某圆柱凸轮侧向传动机构在稳态工况下最小油膜厚度及膜厚比,分析该机构工作时的润滑状态,并提出其润滑状态的优化方案。

车用发动机润滑系统最低润滑油供给量研究

以某1.8VVT发动机为研究对象,建立了发动机润滑系统计算模型和轴承动力学模型,对主油道压力、轴承处润滑油流量、轴承轴心轨迹、最小油膜厚度等参数进行了计算分析。通过计算轴承、凸轮和VVT系统等润滑系统关键部件的润滑油压力需求,获得了润滑系统在不同发动机转速下的最低润滑油压力,该计算结果可为润滑系统设计提供理论依据和边界条件。仿真计算结果表明:发动机润滑系统进油压力对轴承润滑的最小油膜厚度基本没有影响;原润滑系统供给润滑油的液压功率实测值超出理论需求值,最高可达72%,原润滑系统存在发动机中高转速工况下供油过量的问题。

基于弹流润滑理论的斜齿圆柱齿轮油膜厚度参数影响研究

基于弹性流体动力润滑理论,建立了斜齿轮传动润滑最小油膜厚度计算公式,并利用Matlab程序绘图功能绘制出最小油膜厚度沿啮合线的变化曲线,计算分析了传动比、模数、压力角、螺旋角、重合度、齿宽系数等斜齿轮传动参数对齿轮副节点处润滑油膜厚度的影响,从而揭示了斜齿轮传动参数与齿轮副润滑性能之间的关系,为弹流润滑条件下斜齿轮传动的设计提供了一定的理论依据。

新型空间凸轮活齿传动的弹性动力润滑分析

应用弹流润滑理论,对空间凸轮活齿传动的最小油膜厚度进行了分析计算,结果表明,活齿与凸轮、活齿与端齿之间,当表面粗糙度较低时可以获得全油膜润滑。本文的研究为进一步改善该新型传动的润滑特、提高传动的效率提供了理论基础。