Numerical Solution for Thermal Elastohydrodynamic Lubrication of Line Contact with Couple Stress Fluid as Lubricant

In this paper,the detailed analysis of the influence of thermal and non-Newtonian aspects of lubricant(couple stress fluid)on EHL line contact as a function of slide-roll ratio is presented.The novel low complexity FAS(full approximation scheme),of the multigrid scheme,with Jacobi dipole and Gauss Seidel relaxation is used for the solution of coupled equations viz.modified Reynolds equation,film thickness equation and energy equation satisfying appropriate boundary conditions.The analysis reveals the combined influence of non-Newtonian,thermal and slide-roll ratio(of bearing moving with different speeds)on pressure,film thickness and pressure spike covering a wide range of physical parameters of interest.Results show that pressure spike is strongly influenced by thermal,slide-roll ratio and non-Newtonian character of lubricant with negligible effect on the overall pressure distribution.Also,the minimum film thickness is slightly altered and it increases with the increase in the couple stress parameter.These findings confirm the importance of non-Newtonian and thermal effects in the study of EHL.

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。

界面速度与温度滑移对有限长线接触纯滑动热弹流接触的影响

随着表面工程技术的发展,润滑界面发生滑移的现象已比较常见.除了发生界面速度滑移,在有显著温升的弹流接触界面也有可能发生温度滑移.本研究在有限长线接触纯滑动热弹流润滑问题的基础上,建立了4种界面滑移模型,采用数值分析方法,揭示了在运动和静止表面分别发生速度和温度滑移时接触区润滑特性的变化.研究发现,运动表面的速度滑移会阻碍接触区的润滑油流动,而静止表面的速度滑移则促进润滑油流动;运动表面的温度滑移会降低接触区内的温升,静止表面的温度滑移则会显著增加接触区的温升并降低摩擦系数.速度和温度滑移都可能将摩擦系数降到0.01以下,实现超滑,但静止表面的温度滑移对摩擦系数的影响更为显著.

表面粗糙峰/谷对大滑滚比线接触热弹流润滑接触的影响

假设在一个表面上存在单个粗糙峰或粗糙谷,采用数值分析方法研究大滑滚比下粗糙表面对线接触热弹流润滑接触的影响。研究发现:粗糙峰和粗糙谷造成油膜压力、膜厚和温升曲线的局部波动,其中压力的波动最为明显;在滑滚比较小时,粗糙峰和粗糙谷对压力、膜厚和温升曲线的影响较大,随着滑滚比的增加,影响逐渐降低;随着滑滚比的增加,粗糙峰幅值增加对压力、膜厚和温升曲线造成的波动也逐渐减弱。研究结果对于揭示滚珠丝杠或无保持架轴承等的润滑油膜形成和失效有重要意义。

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。

弹性流体动力润滑的热效应

简述热弹性流体动力润滑的概念、理论的发展及其科学基础。在给出一组典型的点接触热弹流数值解之后,通过实例集中描述5种热效应,即摩擦因数与滑滚比之间的关系、入口温升导致油膜减薄、尺度效应、热黏度楔效应和固体温度效应。澄清了润滑工程界对热弹流润滑的几个模糊理解,指出热弹流研究面临的主要困难,并展望其发展前景。

考虑固体颗粒和粗糙度的水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

建立考虑固体颗粒的滑动轴承的无限长线接触几何模型,推导出含固体颗粒的Reynolds方程,考虑温度、固体颗粒以及表面粗糙度对轴承润滑的影响,通过数值方法分析不同颗粒位置、不同颗粒尺寸以及轴承表面粗糙度对压力和膜厚的影响,并与不含固体颗粒的热弹流解进行对比。结果表明:考虑热效应时,在固体颗粒处压力骤增;膜厚整体减小。随着固体颗粒位置向出口方向移动,在固体颗粒处压力波动幅度增大,膜厚整体减小;颗粒尺寸越大,膜厚越小;通过固体颗粒接触区后的压力随着相对间隙的减小而增大;同时考虑固体颗粒和粗糙度时,在固体颗粒处压力波动幅度增大,最小膜厚减小。

有限长线接触非牛顿热弹流润滑分析

建立有限长圆柱滚子的非牛顿流体热弹流润滑模型,选取Ree-Eyring流体和Power-Law流体进行有限长线接触弹流润滑分析。研究表明:随着接触线长度增大,端部效应减弱;Ree-Eyring流体特征剪切力对润滑温升和剪切力影响较大,而对润滑压力与膜厚影响甚微;Power-Law流体随指数增大,润滑膜厚明显降低;随载荷、转速升高,热解与等温润滑结果差异增大,热效应对摩擦因数的影响尤其显著。

有限长滚子线接触热弹流润滑分析

应用多重网格解法 ,求出了有限长滚子线接触热弹流润滑的完全数值解 .结果表明 :在滚子的中部 ,油膜压力、温度和最小膜厚与无限长线接触热弹流润滑的解几乎一致 ;在滚子端部的圆角处 ,油膜压力、温度和最小膜厚与中部均显著不同 ,且最大油膜压力、最大油膜温度和最小油膜厚度均发生在此处 ,端部圆角半径对弹流润滑性能有显著影响 .同时 ,将有限长线接触热解与有限长线接触等温解进行了比较 .

表面粗糙纹理对非牛顿热弹流润滑性能的影响

建立了考虑表面粗糙度的点接触热弹流润滑模型,假设滚滑工况下慢速运动的固体表面是粗糙的,而快速运动的固体表面绝对光滑。卷吸速度沿接触区短半轴方向,表面粗糙纹理以正弦函数来表征,润滑剂符合Ree-Eyring非牛顿流体粘性定律。通过完全数值求解,讨论了3种不同构成的粗糙纹理对弹流润滑性能的影响。其中2种是周期性时变问题,求解是从一个准稳态解开始逐个瞬时迭代来实现的。结果表明,粗糙纹理会使得接触区里对应处产生明显的局部高压,局部温升,油膜厚度也相应减小。而纵向粗糙度时润滑效果最差,因为具有更危险的最小膜厚值。

线接触往复运动的热弹流润滑特性研究

应用数值分析方法求解了线接触往复运动工况下的热弹性流体动力润滑特性。假设所研究的润滑油服从Ree-Eyring流变模型。计算结果显示:由于挤压效应,油膜在行程末端形成凹陷。在行程中由于楔形效应和挤压效应的共同作用出现波动。即使油膜中温升很小,热效应对摩擦因数和膜厚仍起重要作用。

基于表面凹陷现象的非牛顿热弹流润滑分析

求出了非牛顿流体点接触热弹流润滑问题的完全数值解,并对玻璃-钢点接触的表面凹陷现象进行了理论及实验分析.结果表明:牛顿流体模型过高地估计了温度-粘度楔效应,而Ree-Eyring非牛顿流体模型能更好地解释温度-粘度楔效应.

表面波纹度对偏心轮-平面挺杆接触润滑性能的影响

本文采用数值分析方法研究了偏心轮-挺杆副的微热弹性流体动力润滑问题.分析中假设平面挺杆表面分布有余弦波纹,探讨了偏心距和余弦波波长对润滑油膜变化的影响.数值模拟计算结果表明:在偏心轮-挺杆副工作的一个周期里,表面波纹度的存在会导致油膜压力和温度上升.在不同的滑滚比条件下,表面波纹的弹性变形程度不同.在两表面反向运动的半个周期内,随偏心距的增加,滑滚比也增加,导致表面波纹的变形程度降低.在两表面反向运动的半个周期内,波纹的弹性变形程度受"温度-黏度楔"机理的控制.

考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析

本文中以476728航空发动机主轴球轴承高速重载典型工况为算例,提出一种将轴承动力学分析和热弹流润滑分析相集成的数值算法,打破传统分析中二者在各自领域独立进行的局限性,提高了轴承数值计算的精确度.对比了传统拟动力学分析、集成分析和实验实测的最小膜厚,结果表明:集成分析结果与试验获得数据更为一致,证明本文的算法可行,能够更为准确地判断航空发动机主轴球轴承的润滑状态.探讨了航空发动机主轴球轴承结构参数曲率系数、初始接触角和滚动体数目对轴承接触应力、相对滑动速度、弹流润滑膜压力、膜厚和温度性能的影响,为航空发动机主轴球轴承的结构设计及优化提供重要理论依据.

偏载工况下大长径比滚子轴承的热弹流研究

研究偏载工况下大长径比滚子轴承的热弹流润滑性能,分析偏转角、长径比、滑滚比、速度对润滑性能的影响。在数值计算时,考虑力矩方程,压力、温度的求解在全域内进行。结果表明,随着偏转角的增加,最大压力增加,中心膜厚基本不变,但最小膜厚显著降低;随着长径比的增加,接触长度增加,偏载效应增加,端部膜厚降低,对偏斜更加敏感;增大滑滚比,油膜中层温度显著增加;增加速度,油膜中层温度升高,膜厚变厚,压力分布更加均匀,提高了抗偏载能力。

磨损表面轮廓对点接触热弹流润滑的影响

研究了由磨损引起的接触表面几何轮廓的改变对点接触润滑效应的影响．引入磨平系数ｒｗ 来表征接触区的磨平区域大小．在０≤ｒｗ ≤１．０ 的范围内，通过不同工况参数下热弹流的完全数值求解，发现最小膜厚随ｒｗ 的增大而减小，中心膜厚随ｒｗ 的增大而增大；而ｒｗ 对油膜最大压力。

啮入冲击对直齿轮弹流润滑的影响

考虑齿轮啮入冲击载荷,曲率半径、卷吸速度沿啮合线随时间的变化以及温度场的影响,用非牛顿流体的Ree-Erying润滑模型,利用多重网格法模拟了轮齿从啮入到啮出整个时间历程中油膜压力、膜厚和温度分布的变化,对比分析了啮入冲击载荷与平稳载荷对渐开线直齿轮时变非牛顿热弹流润滑结果的影响。数值结果表明,啮入冲击载荷只对啮入初始阶段的油膜压力、膜厚、温度有很大影响,最小膜厚和最大压力都发生在冲击载荷的最大峰值载荷时刻,所以齿轮的啮入冲击对齿轮保持良好的润滑状态是不利的。

单粗糙峰对线接触往复运动下热弹流润滑特性的影响

采用了数值分析方法求解了线接触往复运动下热弹流润滑接触中,两接触表面之一存在的单粗糙峰的影响。压力求解使用了多重网格技术,弹性变形使用多重网格积分法,温度求解采用逐列扫描技术。分析中假定润滑油服从Ree-Eyring本构关系。将计算结果同光滑表面的膜厚、压力和温升进行了比较,并讨论了单粗糙峰对润滑油的摩擦学特性的影响。

偏心轮机构时变热弹流润滑问题分析

采用多重网格技术对偏心轮-挺杆副的热弹流润滑问题进行了数值模拟,给出了该问题的完全数值解,比较了等温解和热解,分析了反向运动对油膜压力和厚度的影响,并采用"温度-粘度楔"机理进行解释,着重阐述了在零卷吸速度条件下的压力、膜厚、温度和流速分布.数值模拟计算结果表明,在偏心轮-挺杆工作的一个周期内,热效应的影响不可忽略;零卷吸速度时,接触区温升很高,接近两固体表面的流体呈现出不流动状态,此状态归因于特定的温度和卷吸速度条件.

冲击载荷条件下线接触往复运动的弹流润滑特性

考虑到在工程实际中机械要素常受到冲击载荷的作用,研究在稳态加载、正弦波加载及三角波加载条件下线接触往复运动工况的热弹性流体动力润滑特性,并探讨在正弦波加载方式下,不同的冲程长度对热弹性流体动力润滑特性的影响。结果表明:冲击加载条件对油膜的压力、膜厚、温度都有较大的影响,随着载荷的增加,油膜中压力增大,膜厚降低,温度升高;在相同的加载方式下,冲程长度越长,一个周期相同瞬时的卷吸速度就越大,因此油膜厚度越厚,温升也越明显,而摩擦因数则明显降低。