基于热弹流体动力混合润滑的船舶柴油机主轴承摩擦研究

基于柔性机体和柔性曲轴模型,运用JFO边界条件下的扩展Reynolds方程和Greenwood/Tripp微峰接触理论,计入温度对摩擦润滑的影响,建立船舶柴油机机体和曲轴耦合下的主轴承的热弹流体动力混合润滑模型,并与不同计算模型进行对比和验证。结果表明:在热弹流体动力混合润滑模型下,单轴承座模型的计算结果偏于保守,整机体模型较为合理;在全柔性整机体模型下,THD模型过于理想,计入定值温度影响的EHD模型较TEHD模型的摩擦功耗偏大,说明温度对油膜的影响对主轴承的摩擦特性有重要作用。同时,通过与ALLMAIER方法对比验证,表明TEHD计算模型更具可靠性。因此,对于大型船舶柴油机而言,全柔性、计入表面接触和温度对油膜及摩擦副影响的热弹流体动力混合润滑模型是适宜的选择。

整机体下船舶柴油机主轴承热弹流体动力混合润滑研究

为准确预测和优化船舶柴油机主轴承润滑摩擦特性,就需要考虑原来被忽略的整机体、温度等重要因素.本文在柔性整机体下,运用质量守恒边界条件下的扩展Reynolds方程和Greenwood/Tripp微峰接触理论,计入温度对摩擦润滑的影响,建立船舶柴油机机体和曲轴耦合下主轴承的热弹流体动力润滑模型.计算表明:在热弹流体动力混合润滑模型下,单轴承座模型的计算结果偏于保守,整机体模型较为合理;在全柔性整机体模型下,EHD+模型较TEHD模型的摩擦功耗偏大,说明温度对油膜的影响对主轴承的摩擦特性有重要作用;另外,无论何种计算模型,整周期内多数时间段为混合润滑,但液动摩擦占主导地位.总之,全柔性、计入表面接触和温度影响的热弹流体动力混合润滑模型对大型船舶柴油机而言,是较适宜的选择.

基于机体与曲轴耦合下的船舶柴油机主轴承热弹性流体动力混合润滑特性

运用CMS模态综合法建立柔性曲轴和柔性整机体模型,基于Greenwood/Tripp微凸峰接触理论和质量守恒边界条件的广义Reynolds方程,建立了二者耦合下的船用柴油机主轴承的热弹性流体动力混合润滑模型,并经试验间接验证。同时计算表明:周期内发生混合润滑为常态,完全液动润滑为瞬态;只有空穴、轴颈向心/离心运动、油膜压力突变同时存在时空穴才极有可能发生;因端泄能量散失占总能量散失的80%多,油膜出口温度可作为监控轴承润滑的重要参数;8个轴承基本满足润滑设计要求,但有2个轴承工况相对较差,亟须优化。

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.

准系统数值解法在混合热弹性流体动压润滑中的运用

论文使用统一的点接触热弹流模型,研究准系统数值解法求解混合热弹性流体动力润滑完全数值解,使用离散卷积快速傅里叶变换求解弹性变形以及表面温升。分析了粗糙面接触下混合润滑的状态下油膜润滑和接触同时存在情况的热解,润滑状态从全膜润滑到混合润滑渐变过程中温度、膜厚、压力的变化状态,以及不同机械加工表面下模型的润滑状态模拟效果。结果显示该模型可得到良好的收敛解,能有效的模拟润滑状态渐变过程,对工程应用具有较强的实际意义。

船用柴油机供油机构滚轮衬套混合热弹流润滑特性研究

以船用柴油机供油机构中滚轮-浮动衬套-滚轮销为研究对象,考虑其低速重载运行工况下衬套弹性变形,计入表面粗糙特征,构建了浮动衬套内外双层油膜混合热弹性流体动压润滑分析模型,并据此探究了内外层油膜间隙比、衬套宽径比、衬套厚度及其表面粗糙度对环速比、内外层最大油膜压力及承载能力等润滑特性的影响规律。结果表明:滚轮-浮动衬套-滚轮销结构运行过程中内层油膜厚度较小,润滑状态较为恶劣;低速重载工况下,衬套弹性变形与混合润滑效应不可忽略;宽径比越大、内外层间隙比越小,最大油膜压力越小,结构承载能力越强,但温升越高;混合润滑状态仅出现于衬套内层润滑油膜,且衬套表面粗糙度越大,润滑效果越差。

船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副混合热弹流润滑分析

凸轮-滚轮副是大功率船用发动机配气机构的关键摩擦副,除受到弹簧力和自身的惯性力之外,还受到来自喷油器的极高燃油压力,工作条件极为苛刻。为了分析该摩擦副的性能,建立船用发动机重载工况下凸轮-滚轮副的混合热弹流润滑模型,计算燃油压力作用下的摩擦副油膜润滑、摩擦温升和磨损性能。结果表明:喷油器的燃油压力会显著降低凸轮-滚轮摩擦副之间的油膜厚度,同时产生较为严重的微凸体接触;随着环境温度的提高,凸轮-滚轮副的油膜厚度以及油膜温升会有所下降,而微凸体接触压力、摩擦力以及摩擦功率均会显著增加;滚轮打滑会造成凸轮-滚轮摩擦副的油膜厚度下降,同时导致油膜温升以及微凸体接触压力增大和并且致使表面磨损显著加剧。

基于热弹流混合润滑的内燃机滑动轴承零磨损

将零磨损的试验判据与多体动力学模型、热弹流润滑模型和微凸体接触模型相结合,建立了内燃机滑动轴承零磨损评价模型,并通过定义零磨损安全系数来预测轴承的零磨损可靠性同时将零磨损模型应用于某6缸柴油机主轴承设计.结果表明,采用所提出的方法能够预测轴瓦表面的零磨损安全系数的分布情况,为轴承零磨损设计提供理论依据.

表面织构化机械密封热弹流润滑性能分析

综合考虑密封端面间的粗糙表面接触、热弹性变形和黏温效应,结合JFO空化条件,建立了混合润滑状态下织构化端面机械密封的热弹流润滑(TEHD)理论分析模型.在航空泵用机械密封的操作工况范围内,应用有限单元法数值分析了圆形、方形和三角形等几种典型表面织构机械密封在稳定状态下的端面液膜压力、膜厚和膜温分布,以及对密封性能参数的影响规律.结果表明:表面织构对端面压力和温度分布影响很大;端面开三角形织构2的机械密封能获得最大的液膜承载比、最小摩擦系数、最高液膜刚度,在低压下能满足泄漏要求,因此性能最优.

多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑分析

考虑轴瓦弹性变形,建立多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑(THD)与TEHD模型的润滑性能差异,分析轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响。结果表明,轴瓦弹性变形导致最小油膜厚度减小、流体动压力的梯度下降,但对瓦面温度的影响较小;THD模型高估了轴承的承载能力,在高速重载的场合,这种误差可能导致轴承润滑失效。因此,在滑动轴承设计中有必要考虑轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响。

燃油介质作动器往复密封摩擦热效应及磨损特性分析

发动机矢量推力作动器采用燃油作为传动介质,燃油的低黏度将使作动器密封接触面处于不良润滑条件,密封件摩擦磨损问题突出。针对燃油介质作动器不同压力、作动速度及油液温度的工作环境,建立往复密封热弹流混合润滑数值仿真模型,分析往复密封接触面摩擦热效应对油膜行为的影响,确定热分析边界条件,计算密封系统的瞬态温度分布。根据热分析结果,对油液黏度及密封区域内的油膜厚度进行修正,考虑密封件润滑条件探究摩擦热效应对密封性能与磨损特性的作用机理,分析不同工况条件对油膜厚度、摩擦力和磨损深度分布的影响,为设计高性能航空密封件奠定理论基础。

船用发动机重载工况下凸轮-滚轮-滚轮销耦合混合热弹流润滑分析

凸轮-滚轮-滚轮销是大功率船用发动机燃油喷射装置的核心部件,工作期间承受来自喷油器的瞬时燃油压力,工作条件极为苛刻,极易发生滚轮打滑和磨损失效现象。为了分析该摩擦副的性能,建立了船用发动机重载工况下凸轮-滚轮-滚轮销相互耦合的混合热弹流润滑模型,获得了该摩擦副在一个工作循环(即凸轮旋转一周,360°转角)的摩擦学结果。分析表明,来自喷油器的燃油压力会显著降低凸轮-滚轮-滚轮销摩擦副之间的油膜厚度,同时产生较为严重的微凸体接触,并且凸轮-滚轮-滚轮销之间的耦合效应是造成滚轮打滑的主要原因。凸轮-滚轮从动件单元中的摩擦损失以滚轮-滚轮销副为主,其在工作过程中会产生显著的摩擦温升。基于该模型,还研究了滚轮销修型对减摩和降磨的影响,发现型线改进后可以降低约7.2%的摩擦损失以及12.8%的磨损负载。此外,实验与仿真结果的对比表明模型是有效的并且预测结果也是合理的。

基于热弹流的滤波减速器转臂轴承润滑性能分析

由于载荷、接触几何、粗糙表面、热效应等因素的影响,分析不同工作条件下滤波减速器转臂轴承工作界面润滑状态较为困难。为了研究转臂轴承润滑性能,建立转臂轴承的热弹流混合润滑模型。以静力学和运动学建立滤波减速器转臂轴承(球滚动体-滚动轴承)力学模型,结合点接触热弹流混合润滑理论建立轴承热弹流润滑模型,使用离散卷积快速傅里叶变换方法求解弹性变形和表面温升,使用有限差分法求解雷诺方程和能量方程,分析轴承接触副物理尺寸、载荷、卷吸速度和接触副粗糙表面等外部工况对轴承润滑特性以及表面下应力的影响。从数值模拟结果中可以看出:较大滚动体半径有益于轴承润滑油膜形成,提高轴承的承载能力;不同的机械加工表面下接触副平均膜厚和温度随转速和滑滚比变化趋势相同;轴承接触副润滑状态从混合润滑进入全膜润滑状态,油膜内最大温升先减小后增大;提高机械加工表面光洁度有利于提高转臂轴承润滑状态,减小最大表面下应力,提高表面接触强度。本文建立的转臂轴承热弹流混合润滑模型可以模拟接触和流体动压润滑同时存在的混合润滑状态,可以反映转臂轴承在各种工作条件下润滑性能,可以进一步判断其工作效率和使用寿命。

低速柴油机主轴承热弹流混合润滑与磨损耦合特性研究

为探究低速机主轴承在重载工况下润滑性能及其与磨损的相互作用机制,基于微凸体微观接触及疲劳损伤机理构建轴承材料磨损模型,并结合混合热弹流润滑理论,建立主轴承混合热弹流润滑与磨损耦合分析模型,据此探究发火时刻特定承载下的主轴承磨损分布与演变规律,以及磨损对油膜压力、油膜厚度及粗糙接触压力等润滑特性参数的影响,获取载荷、半径间隙、微凸体摩擦系数和转速等参数对主轴承磨损特性的影响规律。研究表明:随着磨损时间增加,磨损区域从承载区中心沿轴承周向增大,接触压力减小,最小油膜厚度增大;半径间隙及微凸体摩擦系数增大、转速降低都会加剧主轴承磨损。

压力对湿式离合器局部润滑与摩擦特性影响研究

湿式离合器存在因局部润滑工况恶化而加速失效的问题,且目前很少有学者从局部微观角度出发,研究压力对湿式离合器局部润滑与摩擦特性的影响。为此,从局部微观角度出发,对湿式离合器局部润滑与摩擦的压力影响特性进行了仿真分析和试验测试研究。首先,采用平面副热弹流混合润滑模型,求解了微凸峰承载力和流体动压的大小;然后,设计了湿式离合器小试样销盘试验,测试了各压力工况条件下,离合器局部润滑和摩擦特性的变化规律;最后,结合仿真计算和试验测试,研究了压力对局部压强分布及承载比、实际接触面积、局部温升和摩擦系数的影响。研究结果表明:随着平均面压从1.4 MPa升高到4.2 MPa,润滑油膜厚度减小,更多的微凸峰开始接触,实际接触面积率从不足1%快速增大到约4.5%;同时摩擦系数从约0.047快速增大到约0.074,且摩擦系数的增大速度与实际接触面积率的增大速度基本一致。

低速柴油机启动工况下主轴承瞬态润滑分析

基于油膜厚度方程、平均雷诺方程、能量方程和动力学方程,综合考虑启动时变工况、热效应、热弹性变形和粗糙度等因素,建立主轴承瞬态混合热弹流润滑分析模型.基于上述模型探究进油温度、半径间隙和启动时长对主轴承润滑特性参数(包括微凸体接触力、油膜厚度、油膜压力和温升分布)的影响规律,结果表明:针对所研究的低速柴油机主轴承,在启动工况下,适当降低进油温度可以减小微凸体接触力,缩短混合润滑时间;半径间隙在启动过程前期对润滑特性参数的影响几乎可以忽略,而在启动过程后期随着转速增加,其影响开始显现;缩短启动时长可一定程度上减小启动过程中的温升和微凸体接触力.

柔性机体下船舶柴油机主轴承TEHD润滑分析

为更加准确地预测船用柴油机主轴承的润滑特性,运用CMS模态综合法缩减整个机体和曲轴,运用基于质量守恒边界条件的广义Reynolds方程和Greenwood/Tripp接触理论,计入温度影响,建立了基于整个柔性机体下的主轴承热弹性流体动力TEHD混合润滑模型。与单轴承座下的TEHD混合润滑对比,单轴承座计算结果偏于保守,而整机体下参数变化平缓,更接近实际。与整机体模型下的弹性流体动力EHD润滑对比,不计入温度的影响,其计算结果将无法准确反映轴承的整体润滑形貌。相较于另2种模型,基于柔性整机体下的热弹性流体动力混合润滑TEHD模型计算时间增加可以接受。显然,该润滑模型的建模方法具有较高的应用价值。

基于多物理场耦合的可倾瓦滑动轴承性能优化分析

针对大型可倾瓦滑动轴承的湍流效应和瓦块变形,基于COMSOL和MATLAB的联合仿真构建三维热弹流体动力润滑模型。模型中,考虑湍流的修正雷诺方程、能量方程和热传导方程的计算采用COMSOL偏微分方程物理场模块实现,瓦块变形计算采用COMSOL中热应力物理场模块实现,多物理场耦合和计算过程控制利用MATLAB实现。基于所构建模型,研究瓦块弧长、名义间隙、支承点偏移量和宽度对可倾瓦滑动轴承性能的影响。结果表明:当瓦块弧长或轴向宽度增加时,油膜变厚,瓦温降低,但是总摩擦功耗会增加;当径向间隙增大时,油膜变厚,瓦温降低,总摩擦功耗也会略有降低;而当支撑偏移量增大时,两块下瓦的变化趋势相反,总承载能力和摩擦功耗略有增加。研究结果为可倾瓦滑动轴承的优化设计提供有价值的参考。