基于微凸体接触理论的内燃机滑动轴承热弹性流体润滑研究

基于GREENWOOD和TRIPP微凸体接触理论,计入温度、弹性变形等影响因素,建立内燃机主轴承的数学模型和实体模型,计算研究其润滑性能与表面粗糙度之间的关系。结果表明,计入表面粗糙度后,由于微凸体接触力相对较小,油膜压力略有增加,油膜温度变化不大,摩擦功没有显著的增加;粗糙表面增大粗糙接触压力,造成轴颈不对中倾斜程度加剧;随着表面粗糙度的增加,油膜压力降低,厚度增加,峰值粗糙接触压力增大。

单个微凸体接触过程中的闪点温度研究

为了对滑动摩擦副表面的闪点温度进行有效评估,以相对滑动粗糙表面上的单个微凸体间的瞬态接触导热过程为研究对象,假设两个粗糙表面上各自有一个微凸体发生接触,理论分析了滑动速度、最大贯穿深度、摩擦系数以及材料的热物性参数等因素对闪点温度的影响。研究表明,接触面中心位置处的闪点温度随着接触时间的延长而升高,在总的接触时长的82.5%时刻,闪点温度达到最大值,之后随着接触时间的延长,闪点温度逐渐降低,最大闪点温度比Archard模型的预测结果高10%。此外,最大闪点温度与滑动速度的平方根、最大贯穿深度的3/4次方、摩擦系数以及复合杨氏模量成正比,与热导率、密度和比热容的乘积成反比。该研究结果为后续滑动摩擦副摩擦磨损机理的研究奠定了理论基础。

介观双粗糙弹塑性流体动力润滑界面法向接触刚度模型

弹性流体动力润滑状态通常出现在机械高副零部件的点/线接触部位,如齿轮、轴承和蜗轮蜗杆等.宏观上点/线接触在介观层面表现为两粗糙表面的接触,在微观层面上则又表现为微凸体间的接触.由于在中/重载荷作用下,粗糙表面上的微凸体发生接触后会产生弹塑性/塑性变形,从而使得两粗糙表面的弹流润滑接触转变为弹塑性流体动力润滑接触.此外,界面的接触刚度决定了机械装备的整机刚度.为了精确获得弹性流体动力润滑状态下界面法向接触刚度及其主要影响因素,基于界面的法向接触刚度由固体接触刚度和润滑油膜刚度两部分构成的思想,根据固体弹塑性理论和流体动力学理论,分别对界面间微凸体侧接触及部分膜流体动力润滑进行分析,从微观入手揭示双粗糙表面弹塑性流体动力润滑接触机理,进而建立考虑微凸体侧接触弹塑性变形的流体动力润滑界面法向接触刚度模型.通过仿真分析,揭示了法向载荷、卷吸速度、表面粗糙度及润滑介质特性等因素对润滑界面法向接触刚度的影响规律.研究表明:在相同速度、粗糙度及润滑油黏度的工况下,固体接触刚度和油膜接触刚度均随着法向接触载荷的增加呈非线性增大;在相同载荷、速度及润滑油黏度的工况下,接触表面粗糙度越大,表面形貌对于润滑状态的影响较强,固体接触刚度占界面总刚度的主要部分,界面主要由固体承载;在相同载荷、粗糙度及润滑油黏度工况下,随着卷吸速度的增大,固体接触刚度逐渐减小,油膜刚度占界面总刚度的主要部分;在相同载荷、粗糙度及速度工况下,随着润滑油黏度的增大,油膜刚度基本保持不变,固体接触刚度基本不受润滑油黏度的影响.通过理论建模准确获得单位面积弹塑性流体动力润滑结合面法向接触刚度,对改善机械装备动态性能、提高机械装备的可靠性具有重要的理论和实际意义.

考虑压剪组合作用力的双粗糙表面接触模型

粗糙表面的接触分析应用广泛,但其接触机理至今仍不够明确.有鉴于此,文中提出了一种考虑压剪组合作用力的双粗糙面接触模型.该模型用韦伯分布函数来描述双粗糙面的复合粗糙度,用球谐转向扩张函数来描述微凸体接触对接触方向的概率分布.分析表明:粗糙度对接触面的竖向和剪切刚度有明显的影响;接触对的方向分布对剪切刚度的影响显著,是模型中应包含的一个重要参数.数值分析与试验结果有很好的吻合度,说明所提出的模型是有效的.

金刚石纳米颗粒对齿面接触刚度的影响研究

为探究金刚石纳米颗粒作为润滑添加剂时对齿面接触刚度的影响,基于Hertz接触理论,建立微凸体接触模型与混合润滑模型,求解纳米颗粒百分含量和齿轮转速变化时的齿面接触刚度。研究表明:纳米颗粒的适宜百分含量为10%~15%,此时可获得较为满意的齿面接触刚度。纳米颗粒相接触刚度和油膜刚度随齿轮转速的增加而不断减小,因而导致齿面接触刚度不断减小。

真实粗糙表面接触模型的研究

真实工程表面并不是完全光滑的。当两物体相互接触时 ,真实表面实际上是微凸体间的接触。分析真实粗糙表面间的接触对研究摩擦、磨损和润滑起着非常关键的作用。合理地描述润滑状态和摩擦热边界条件也取决于对真实接触状态的求解。本文从 3个方面研究了粗糙表面接触计算模型的主要构成 :粗糙表面轮廓的描述、确定接触压力和表面位移之间关系的计算公式以及求解几何非线性接触问题的方法。