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。

考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性研究

针对目前双渐开线齿轮(DIG)研究过程中齿廓磨损对双渐开线齿轮动态特性的影响问题,对考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性进行了研究。首先,进行了双渐开线齿轮接触线长度与齿面载荷计算,考虑相对滑移距离,建立了等效接触模型;然后,进行了双渐开线齿轮齿面累积磨损量、齿轮齿面累积磨损深度的计算,建立了双渐开线齿轮啮合刚度计算模型,进行了磨损故障的双渐开线齿轮刚度的计算;最后,以一对双渐开线齿轮为研究对象,采用集中质量法建立了6自由度动力学模型,研究了齿面磨损对双渐开线齿轮动力学特性的影响。研究结果表明:在运行1×104次载荷循环后,混合弹流润滑状态下,双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮(CIG)在节线附近齿根位置的最大累计磨损量差值为0.00207μm,且双渐开线齿轮节线靠近齿顶位置的磨损小于普通渐开线齿轮的磨损;双渐开线齿轮系统在磨损后振动加速度幅值小于普通渐开线斜齿轮的幅值。通过对不同磨损情况下的时域响应进行研究,发现磨损导致双渐开线齿轮传动系统的振动幅值增大。

重载货车摩擦缓冲器动力学模型研究

基于摩擦缓冲器冲击试验数据建立缓冲器多段线性模型,利用附加黏滞摩擦力和附加阻尼力进行理论修正,构建缓冲器多段线性修正模型,利用车辆冲击仿真及反映列车运行工况的三角函数位移激励对缓冲器多段线性修正模型进行验证和分析。计算结果表明:缓冲器多段线性修正模型较常规多段线性模型更接近冲击试验结果;转换速度及外部位移激励的频率会对车钩力尖峰阶段产生影响,转换速度越大或者外部频率越小,车钩力越先进入尖峰阶段,形成的磁滞环就越大,消耗的车辆振动能量越多,后续的车钩力和车辆相对位移就会越小;附加黏滞摩擦力较好地模拟了缓冲器特性曲线的尖峰现象,等效摩擦系数越大,附加黏滞摩擦力越大,车钩力也越大;附加阻尼和车体刚度的共同作用使缓冲器加载曲线与卸载曲线之间平稳过渡,在附加阻尼的修正下,即使缓冲器处于过渡曲线上遇到往复加载和卸载载荷,缓冲器也能形成磁滞耗能环,亦能耗散车辆之间的振动能量。

基于润滑特性仿真的燃油泵滑动轴承优化设计

磨损加剧是低介质黏度和自冷却结构燃油泵滑动轴承主要失效机制,为提高轴承使用寿命,论文提出了一种基于滑动轴承润滑特性分布规律的轴承优化设计方法.首先基于油膜动压润滑流动的Reynolds方程和等效黏度润滑流动模型,以绝热流动为假设简化滑动轴承内部流动的能量方程,构建一种联合Reynolds方程和绝热流动能量积分方程的燃油泵滑动轴承热流润滑模型.其次采用CFD数值模拟和有限差分法相结合的混合仿真方法,分别对不同间隙比、偏心率、宽径比条件下的滑动轴承的润滑特性进行了仿真,最后采用基于遗传算法的间接法优化方法进行滑动轴承结构优化设计.研究结果表明:优化后的轴承偏心率为0.822 4,宽径比为1.2,油膜厚度为2.7μm,平均温升为36℃,滑动轴承油膜承载力试验测试值与仿真计算值间的误差最大不超过5%,表明轴承能够很好地承受燃油泵的径向力载荷,从而保证轴承与轴瓦不发生摩擦接触并具有良好的润滑性能.

一种自冷却结构燃油泵滑动轴承润滑特性分析

为研究低介质黏度和自冷却结构限制下的航空燃油泵滑动轴承润滑特性分布规律,基于油膜动压润滑流动的Reynolds方程和等效黏度润滑流动模型,以绝热流动为假设简化滑动轴承内部流动的能量积分方程,构建一种联合Reynolds方程和绝热流动能量积分方程的燃油泵滑动轴承热流动润滑流动模型。采用CFD数值模拟和有限差分法相结合的混合仿真方法,分别对不同的间隙比、偏心率、宽径比条件下的滑动轴承的油膜压力、油膜厚度、油膜温度、端泄漏量、摩擦阻力等润滑特性进行了仿真分析。仿真结果表明:采用CFD计算滑动轴承径向载荷精度优于4.0%;保持偏心率不变,油膜承载力随着间隙比的增加而单调下降,油膜厚度随着间隙比的增高而增加;保持间隙比不变,油膜的承载力随着偏心率的增大也逐渐增大,油膜厚度随着偏心率的增高而下降,而油膜温度与油膜厚度成反比,且随着偏心率的升高,油膜温度的峰值越来越明显;当偏心率、间隙比一定时,可通过增加宽径比提高滑动轴承的油膜承载力。因此在滑动轴承的设计中,需综合考虑油膜承载力、端泄漏量、油膜厚度和温升间的相互制约因素,合理地优化间隙比、宽径比和偏心率以提高滑动轴承润滑性能。

基于Carreau流变模型的渐开线齿轮摩擦因数研究

结合载荷分担概念和弹流润滑理论,研究润滑剂的流变性对渐开线齿轮油膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响;分别采用Carreau流变模型和Doolittle-Tait自由体积黏度模型描述润滑剂的剪切稀化特性及黏压关系,研究齿轮载荷、转速、表面粗糙度和润滑剂压黏系数对摩擦因数的影响。研究结果表明:不同的润滑剂剪切稀化特性不同,因此油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均不同;摩擦因数随着转矩的增大先显著增大,当超过某一转矩值时,摩擦因数开始缓慢变化;摩擦因数随着转速的增加先显著减小,当转速增加至某一值时摩擦因数又随之增大;随着表面粗糙度和润滑剂压黏系数的增大,摩擦因数均明显增大。

车用球塞泵球塞副摩擦动力学模型的研究

球塞泵由于体积小、功率密度高,且易于增大排量,故有较好的发展潜力。本文考虑了球活塞的油膜润滑和结构变形等作用,通过耦合摩擦润滑模型、动力学模型建立了球活塞摩擦动力学模型,分析了球活塞-外圈接触副、球活塞-缸体接触副两对点接触副的油膜压力和膜厚变化规律,获得了球活塞摩擦力和摩擦转矩,最后搭建试验台架进行了试验验证。结果表明:球活塞-缸体副润滑状态呈现弹流润滑、流体动压润滑相互转变的规律。相同工作压力下,球塞泵摩擦转矩随转速增加呈线性上升的趋势。

斜齿轮渐进性磨损对齿轮振动特性的影响分析

目前,研究磨损对齿轮动力学特性的影响大多采用传统的Archard磨损模型,并未考虑齿轮的润滑特性,且主要研究对象多为直齿轮。为了弥补斜齿轮研究方面的不足,数值模拟了混合弹流润滑状态下斜齿轮的磨损过程,建立了一个8自由度斜齿轮动力学模型,研究齿面磨损对斜齿轮动态特性的影响。在斜齿轮试验台上进行了齿轮疲劳试验,对数值仿真结果进行验证。结果表明,齿面磨损主要发生在靠近齿根和齿顶部分,且由于齿根处较高的滑滚比导致其磨损更加严重。根据齿轮啮合频率及其谐波幅值的变化可知,磨损导致齿轮的振动增加。试验分析与数值仿真有较好的一致性,说明该研究可以为斜齿轮磨损的预测和故障诊断提供可靠的理论依据。

支点摩擦力对可倾瓦径向滑动轴承润滑特性的影响

为了研究轴瓦支点摩擦力对其润滑性能影响,建立可倾瓦径向滑动轴承的支点摩擦力的数学模型,分析其对轴承的润滑特性,如油膜压力、厚度、摩擦阻力、功耗及轴承承载力和流量的影响,得出支点摩擦力的影响作用较大的结论,因此在设计可倾瓦径向滑动轴承的过程中,考虑支点摩擦力的影响很有必要。

振动与接触冲击耦合作用下的齿轮弹流润滑研究

为探究振动与冲击耦合作用下齿轮的弹流润滑特性,考虑时变啮合刚度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型,并在此基础上研究齿轮啮合点处速度差异导致的接触冲击现象,对比分析动载荷与平稳载荷以及接触冲击位置、冲击转速对渐开线直齿轮时变弹流润滑结果的影响。研究表明:与平稳载荷相比,基于动载荷的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性;啮合点处速度差异会导致两轮齿的接触冲击现象,冲击转速和冲击位置对冲击合力有较大影响,并进一步影响齿轮的润滑状况。冲击位置越靠近啮出点,冲击转速越高,齿轮润滑时的"喘振"效果越明显。冲击转速过高或齿轮当量质量过小时会造成齿轮传动过程中"脱啮"。

齿轮动力学与弹性流体动力润滑耦合研究

为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应,综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响,基于动力学理论,建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型,将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用于弹流润滑分析中。通过实例研究了动、静两种载荷模型下齿轮的弹流润滑特性。研究表明,与平稳载荷相比,基于动载荷模型的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性,在啮合刚度的激励下,润滑时油膜压力和油膜厚度均表现出一定的振荡效应。啮入点、单齿啮入点以及单齿啮出点存在较大的冲击,是齿轮弹流润滑的危险点。

齿轮润滑摩擦特性模拟试验台的研制

本文研制的齿轮润滑摩擦特性模拟试验台，可用来研究各种齿轮润滑油，在实际齿轮的不同加工精度下轮齿的摩擦特性，并具有结构简单、测试和读取数据方便，能同时模拟测试齿轮润滑在齿廓啮合过程中的摩擦力和油膜厚度变化规律等特点。

表面织构对径向柱塞泵滑靴副摩擦磨损性能的影响

高压大排量径向柱塞泵的承载力较大,而滑靴副是影响该类泵摩擦特性的关键因素之一。开展织构对滑靴副摩擦特性影响的研究,对提升高压大排量径向柱塞泵滑靴副润滑与摩擦特性具有重要意义。为此,以高压大排量径向柱塞泵滑靴副为研究对象,计算了不同形状、面积率、深径比织构的滑靴磨损量。首先,选取了正方形、圆形和三角形共3种形状的织构表面,对织构的深度、形状、面积率进行了定义,构建了滑靴织构形貌影响因素和正交试验样本;然后,开展了10组样本数据的试件摩擦磨损试验,分别以摩擦系数和磨损量为因变量,得到了多因素方差分析检验结果;最后,基于显著性小的因素确定了研究参数,开展了不同形状织构表面的摩擦仿真与试件试验。研究结果表明:织构的面积率对摩擦系数和磨损量影响最大;面积率为9.66%、深度为120μm的三角形织构表面的摩擦系数最小,相比无织构表面下降16%;摩擦仿真所得三种形状织构表面的磨损量排序与试验结果一致;面积率为9.66%、深度为120μm的正方形织构表面的减摩效果最好、磨损量最小,磨损量较无织构表面下降35%,摩擦系数相对无织构下降15.86%。该研究结果可以为高压大排量径向柱塞泵滑靴副设计,改善滑靴副的摩擦磨损特性,延长柱塞泵的使用寿命提供一定的参考。

非牛顿大滑滚比工况的斜齿轮热摩擦特性分析

考虑啮合过程中接触线长度及齿面载荷的时变性,结合沿接触线方向综合曲率半径及卷吸速度的瞬态特点,建立满足航空传动润滑剂非牛顿流体及大滑滚比工况的有限长线接触斜齿轮热弹流润滑(TEHL)模型。采用多重网格法及逐列扫描法,获得适用于宽泛工况范围的斜齿轮热弹流润滑完全数值解;分析非牛顿及大滑滚比情形下的斜齿轮传动热摩擦特性。结果表明:斜齿轮端部存在明显压力及温度尖峰,且离入口愈近膜厚会略减小;非牛顿特性对温度场影响显著,且接触线过节点时温度分布呈"V"型分布;摩擦因数沿啮合线方向在节点处接近于0且向两侧逐渐增大,同时随滑滚比的增大而增大。

内曲线径向柱塞马达滚柱-柱塞配合间隙优化

针对内曲线径向柱塞马达的泄漏和磨损问题,在考虑黏压效应、空化效应、油液压缩性及油沟压力与油膜边界压力的耦合作用下,对滚柱-柱塞摩擦副之间的动静压混合润滑油膜建立非稳态的弹流润滑仿真模型.基于该模型,对比分析了不同的配合间隙尺寸对油膜特性及泄漏的影响.结果表明:减小配合间隙可以降低空化、减小泄漏、提高油沟的静压支撑作用,增加配合间隙则可以提高油膜的动压效应.综合考虑最小油膜厚度、泄漏量和空化三个因素,滚柱-柱塞配合间隙的最优值为0.03 mm.