Oil Film Stiffness of Double Involute Gears Based on Thermal EHL Theory

Lubrication failure is one of the main failure forms of gear failure.Time varying meshing stiffness is an important factor affecting the dynamic behavior of gears.However,the influence of oil film stiffness is usually ignored in the research process.In this paper,according to the meshing characteristics of double involute gears,based on the non-Newtonian thermal EHL theory,a new calculation method of normal and tangential oil film stiffness for double involute gears is established by the idea of subsection method.The oil film stiffness difference between double involute gears and common involute gears is analyzed,and the influence of tooth waist order parameters,working conditions,and thermal effect on the oil film stiffness are studied.The results reveal that there are some differences between normal and tangential oil film stiffness between double involute gears and common involute gears,but there is little difference.Compared with the torque,rotation speed and initial viscosity of the lubricating oil,the tooth waist order parameters have less influence on the oil film stiffness.Thermal effect has a certain influence on normal and tangential oil film stiffness,which indicates that the influence of thermal effect on the oil film can not be ignored.This research proposes a calculation method of normal and tangential oil film stiffness suitable for double involute gears,which provides a theoretical basis for improving the stability of the transmission.

表面局部缺陷角接触球轴承弹流润滑性能研究

根据高速角接触球轴承自旋的运动特征,同时考虑轴承高速摩擦生热的影响,建立了表面具有局部缺陷的角接触球轴承弹流润滑模型。采用多重网格法获得弹流润滑各参数数值解,同时计算出轴承油膜刚度。研究了自旋、热效应和表面局部缺陷对球轴承弹流润滑性能的影响规律,计算结果表明:考虑自旋条件时,轴承的油膜厚度减小、压力增大,油膜刚度增大;随着轴承温度升高,轴承油膜厚度减小,油膜压力和油膜刚度增大;当润滑油流经轴承表面局部缺陷时,缺陷区域轴承润滑油油膜厚度增大,油膜压力减小,而非缺陷区域轴承最小油膜厚度减小,最大油膜压力增大,油膜刚度增大。

脂润滑弧齿锥齿轮热弹流润滑与效率研究

基于油动重载四旋翼无人机的特殊应用条件,研究了无人机齿轮箱内脂润滑弧齿锥齿轮的润滑状态及啮合效率.推导了适用于弧齿锥齿轮的脂润滑雷诺方程,采用计算油膜剪切力和微凸体接触摩擦力组成的复合摩擦系数代替摩擦系数经验公式的方法,研究了在无人机各种工况下的齿面润滑情况和啮合效率.结果表明,本研究中提出的考虑粗糙度的脂润滑雷诺方程能够很好预测文献中的试验结果;弧齿锥齿轮的齿面较为复杂,不能用油润滑的中心油膜厚度算法近似估计脂润滑弧齿锥齿轮整个齿面上的润滑状态;1个啮合周期内的齿面摩擦系数在节点处最大;低转速情况下,齿面将进入混合润滑状态;1个啮合周期内啮合效率的变化与啮合位置密切相关,在啮入点处效率最低;在转速不变的前提下,润滑脂黏度越高,效率损失越大.

核电循环泵行星齿轮热弹流润滑研究

核电齿轮箱的良好润滑性能是核电循环泵可靠运行的重要保障,充分考虑齿面形貌和齿廓修形等因素对内/外啮合齿轮副的影响是准确评估其润滑特性的前提。建立典型工况下核电循环泵行星传动系统斜齿轮热弹流润滑模型,首先将斜齿轮副的啮合状态几何等效为圆锥滚子的接触问题,然后考虑斜齿轮接触变形和齿廓偏差,计算得到内/外啮合齿轮副接触区域不同位置的油膜厚度、承载压力、摩擦应力和闪温等参数。考虑齿面磨合作用,采用移动平均滤波方法对未经磨合的初始形貌进行光滑处理,分析了齿面形貌对润滑行为的影响,最后采取齿廓修形改善润滑特性。结果表明:粗糙度和齿廓修形均会对润滑特性产生明显的影响,齿面粗糙形貌会造成油膜厚度减小,进而影响其润滑特性,弱化润滑油膜的承载能力;通过齿廓修形可以改善齿轮啮合边界处的几何过渡,降低该区域的应力集中和表面温度,从而明显改善啮合线终端的润滑状态。

旋滑工况下非牛顿椭圆接触热弹流润滑问题数值分析

为了研究旋滑条件下润滑油膜热特性,基于Carreau流变模型,建立旋滑椭圆接触弹流润滑模型,求解旋滑热弹流数值解,比较等温及热条件下弹流润滑特性,并分析角速度、载荷、自旋因数及椭圆比对旋滑弹流特性的影响。结果表明:旋滑条件下油膜厚度明显减小,表明热效应不可忽略;角速度、载荷、椭圆比及自旋因数的增加均导致自旋效应增强,进而增加了油膜分布的不对称性;随着角速度的增大,静止固体与油膜温度增大,运动固体温度变化较小且呈先增后降趋势;随着最大赫兹压力增大,固体及油膜温度呈线性增加;自旋因数对油膜压力、膜厚及温度影响不大,但会增加膜厚及温度不对称分布;椭圆比只在特定范围内对旋滑弹流润滑特性产生影响。

齿轮几何参数对齿轮传动弹流润滑性能的影响

本文采用热弹性流体动力润滑理论对渐开线直齿轮传动进行热弹流数值分析；计算分析了在给定传动比和中心距条件下，齿轮模数、齿数以及变位系数等几何参数对齿轮润滑性能的影响，获得了齿轮传动沿啮合线的中心油膜厚度、压力、温度以及轮齿表面摩擦系数等分布规律。

渐开线直齿轮瞬态微观热弹流润滑分析

考虑了瞬态效应、轮齿表面油膜温度场和轮齿表面纵向粗糙度等因素,对渐开线直齿圆柱齿轮的弹流润滑问题进行研究。载荷由双齿或单齿承担,根据实际载荷谱简化的轮齿载荷曲线,利用压力求解的多重网格法和弹性变形求解的多重网格积分法以及温度求解的逐列扫描技术,得到渐开线直齿轮瞬态微观热弹流润滑问题的完全数值解,讨论了轮齿间油膜的厚度、压力、温度沿啮合线的变化规律。数值计算结果表明,齿轮表面纵向粗糙度对轮齿间油膜的压力、膜厚、温升都有较大影响。考虑轮齿表面粗糙度后,油膜压力和温升明显增大,并随压力的增加而影响越来越显著,粗糙峰使油膜压力分布和温度分布产生振荡,轮齿表面的粗糙峰对摩擦因数影响较小,摩擦因数和最高温升在节点两侧最大。

连续波状粗糙度对直齿轮热弹流润滑的影响

工程实践中没有理想光滑的表面,在齿轮弹流润滑中,油膜的厚度通常与某些切削工艺形成的金属表面粗糙度处于同一数量级,所以表面粗糙度对齿轮弹流润滑的影响是不应该忽略的。在考虑不同啮合点处的曲率半径、卷吸速度、轮齿载荷随时间变化的基础上,考虑轮齿表面连续波状粗糙度对弹流润滑的影响,利用多重网格技术求得齿轮瞬态微观热弹流润滑的完全数值解。结果表明,连续波状粗糙度会造成齿轮瞬态弹流润滑的油膜压力和温升产生振荡,并使最小膜厚变薄,最高压力变大,最大温升增大。轮齿间振荡的高压和高温会造成齿轮振动疲劳破坏,所以连续的波状粗糙度对齿轮的润滑是不利的。

考虑热弹性变形的角接触球轴承微观热弹流分析

运用点接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的角接触球轴承中滚珠和内圈接触表面的热弹性变形和表面随机粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和随机粗糙度影响的角接触球轴承热弹性流体动压润滑分析方法.该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚珠和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚珠和内圈表面因油膜温度场变化引起的热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及热弹性变形等主要润滑特性,研究了内圈转速、滑滚比和滚珠数量的变化对油膜厚度和油膜压力的影响规律,结果表明:最大热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,并且内圈转速、滑滚比和滚珠数量的变化对油膜厚度和压力会产生明显的影响.进一步对比分析了几种算法下的最小膜厚,验证了计入热弹性变形的数值算法的可行性.

线接触弹流润滑综合数值分析

应用多重网格法和多重网格积分法数值求解了Newton流体和Ree-Eyring流体线接触等温和热弹流润滑问题,分析了滑滚比对摩擦因数的影响,指出了润滑油的流变性和热效应对线接触弹流润滑油膜粘度的影响,以及不同滑滚比时压力、膜厚和温度的分布规律。结果表明:等温润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加而增加,热弹流润滑时的摩擦因数随着滑滚比的增加先增加后减小,热效应和非牛顿流体的剪稀作用均会使润滑油的等效粘度降低,从而影响摩擦因数;热效应的存在使油膜变薄,且在所讨论的工况条件下Newton流体的膜厚比Ree-Eyring流体的稍薄,热效应使第二压力峰变矮,且Ree-Eyring流体的第二压力峰矮于Newton流体的第二压力峰;纯滚动时,Ree-Eyring流体的温度比Newton流体的温度高,有滑滚比时,Newton流体的温度比Ree-Eyring流体的温度高,且油膜的温度随滑滚比的增加而增加。

多瓦可倾瓦轴承的瞬态热弹流润滑性能分析

建立多瓦可倾瓦轴承瞬态热弹流润滑的数学模型,分析多瓦可倾瓦轴承在启动阶段的瞬态润滑性能,通过计算得到轴承由初始位置运动到平衡位置的轴心运动轨迹,并得到平衡位置时轴承的各项润滑性能参数,包括油膜厚度、流体动压力、瓦面温度与瓦面热弹变形等。结果表明,在开机启动阶段,轴心轨迹需要经历一段时间历程才能收敛于平衡位置,在载荷较小情况下,热变形对润滑性能的影响要比弹性变形大。

高速微型球轴承摩擦力矩分析与试验研究

基于热弹流润滑理论建立高速微型球轴承摩擦力矩理论分析模型,并借助于高速精密微型轴承试验机,在轴承内圈旋转工况下,进行试验验证。分析与试验结果表明,轴向预紧力一定时,摩擦力矩随转速的增加而增大。建立的理论模型适用于高速微型球轴承的分析,也可用于分析轴承载荷、环境温度、结构参数、润滑油特性以及轴承工况等对高速微型球轴承摩擦力矩的影响。

粗糙峰和粗糙谷对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响

利用多重网格技术,研究了表面粗糙度对渐开线直齿圆柱齿轮非牛顿热弹流润滑的影响。从同一啮合线和不同啮合时刻两方面,分别讨论了粗糙峰和粗糙谷对直齿圆柱齿轮弹流润滑的影响,并且将这些解与光滑解进行比较。结果表明,粗糙峰和粗糙谷分别给接触区内带来了压力的单峰和双峰,但对膜厚的影响却不大。

周期性载荷对非牛顿热弹性流体动力润滑的影响

本文应用数值方法分析了周期性动载荷对线接触热弹性流体动力润滑的影响,使用Ree-Eyring流变模型来描绘润滑剂的非牛顿性质。结果显示,周期性动载可以阻滞油膜的变化并在一定程度上增加膜厚。频率很高的动载可以显著改变压力和温度的分布规律,但润滑剂的非牛顿性质在中轻载条件下并不重要。

斜齿圆柱齿轮的热弹流润滑理论

将斜齿圆柱齿轮在某一啮合瞬时啮合线上的热弹流润滑问题近似等效为两反向圆锥滚子的准稳态热弹流润滑问题。应用多重网格法和逐列扫描法数值求解一对斜齿圆柱齿轮某啮合瞬时的准稳态热弹流润滑现象。结果表明:第一,斜齿圆柱齿轮接触线上各点的压力、膜厚、油膜温度和两齿面的温度均不相同,且温度分布的差异较明显。在接触区内,最低温升接近于零,最高温升则超过100 K。这是由于压力和膜厚的分布主要取决于沿滚子长度方向各点等效半径的分布曲线,而温度的分布则主要由沿滚子长度方向各点滑滚比的取值而定。第二,端部修形虽然可以降低端部高压和高温,但端部的压力和温度仍比中部高,膜厚比中部薄。对应到两齿面上,油膜中压力和温度较高,厚度较薄的位置最易发生点蚀和胶合破坏。

轴线偏斜对可倾瓦推力轴承润滑性能的影响

轴偏斜是实际运行推力滑动轴承中普遍存在的现象,轴心线的偏斜是造成推力轴承失效的主要原因之一。建立可倾瓦推力滑动轴承弹性流体动压润滑的计算模型,计算5组不同轴偏斜角下的轴承润滑性能,并将其与未偏斜时的润滑性能作对比。结果表明,轴偏斜造成每块瓦的油膜厚度、压力分布、瓦面温度均不相同,其中对油膜厚度、压力分布影响很大,对瓦面温度分布影响较小;在全膜润滑状态下,微小的偏斜角变化会造成最小油膜厚度和最大压力明显的变化,但瓦面最高温度变化很小。

水污染对径向滑动轴承热弹流润滑的影响

研究润滑油水污染对水轮机滑动轴承弹流润滑的影响。通过实验确定油水混合物的黏度、水的质量分数以及温度三者间的关系;研究在不同含水量油水混合液润滑下滑动轴承的润滑性能,分析滑动轴承从初始状态到达稳定状态过程中轴心轨迹的变化规律,以及轴承到达平衡位置时各润滑特性参数的分布,包括液膜流体压力、最大液膜压力、液膜厚度、最小液膜厚度、液膜温度等。结果表明,随着含水量的增加,油水混合物的黏度增加,且变化明显,而润滑油的密度、比热容以及导热系数虽增大,但变化并不大;各种因素综合影响的结果,使得轴承液膜承载能力增强,液膜厚度和温度增加,最小液膜厚度增大,最大液膜压力下降。

滚滑工况弹流反常温度场的研究

研究了弹流反常温度场的形成机理及影响因素,指出入口温升是压缩功发热和逆流剪切热所致,而出口局部低温是负压缩功吸热的结果,出口温度的再次微幅上升则是压缩功消失后剪切热作用的结果.研究结果表明,入口温升随载荷的增加而增大,随卷吸速度的增加显著升高而几乎与滑滚比无关;在高速小滑滚比工况下,接触区的最高温度有可能出现在入口位置;入口温升增加了材料在工作中经受高温的次数,对其接触疲劳寿命有不利影响;在保证润滑性能的前提下,适当减少供油量可以减小逆流,从而降低入口温升.

非道路两缸柴油机轴承热弹性流体动力润滑特性研究

基于热弹性流体动力润滑理论和多体动力学理论,针对自主研发的非道路2D25卧式两缸柴油机,采用AVL Excite Power Unit软件建立曲轴轴承的多体动力学模型,探讨柔性整机体模型下轴瓦与轴承座的弹性变形、润滑油的黏温及黏压特性、轴瓦及轴颈的表面粗糙度及热效应等因素,建立轴承的润滑模型并计算不同工况下各轴承的载荷、油膜厚度、油膜压力和摩擦功耗。研究结果表明:随着转速的升高,主轴承的总摩擦功耗增加,轴瓦的热负荷增大;高转速下,第一主轴承(MB1)和第三主轴承(MB3)存在轴颈倾斜不对中,出现偏磨现象,导致第二缸爆发时主轴颈振动加剧;连杆轴承油膜压力分布均匀性较好,轴瓦热负荷低,在高转速下润滑效果更佳。

偏心轮机构时变点接触热弹流润滑分析

数值模拟了偏心轮-挺杆副的热弹流润滑问题,给出了该问题的完全数值解.压力计算采用多重网格法,膜厚计算使用多重网格积分法,温度计算在两固体同向运动时采用单向逐列扫描,两固体反向运动时采用双向逐列扫描.分析了一个周期中8个典型瞬时的压力、膜厚和油膜中层温度变化情况.零卷吸工况下油膜曲线的凹陷现象验证了零卷吸速度的油膜存在压力和膜厚分布.讨论了不同椭圆比对润滑的影响,大椭圆比的点接触数值结果与线接触数值结果差别较大.