ELASTOHYDRODYNAMIC LUBRICATION OF LOGARITHMIC PROFILE ROLLER CONTACTS

An account of numerical solutions to the isothermal and flooded elastohydrodynamic lubrication(EHL)of a logarithmic profile roller,which is rolling over a flat plane,is given The analysis takes account of sideways flow of lubricant in the inlet region of the contact When the results are presented in suitable non dimensional groups,it is shown that more uniformly pressure and shape of the film distributing in axial direction is taken place under light loading As the increase of the load,the end closure is displayed and the oil pressure rises sharply at the ends The seal action formed by the end closure makes the film thickness a little And the minimum film thickness is transferred from the central to the ends and the value is reduced rapidly As the increase of the speed,the end closure becomes much serious The optimum crowning value obtained in EHL state is larger than the design value obtained in elastostatic contact state for the same working conditions In order to verify the correctness of theory,optical interferometry is applied to measure the oil film thickness between a logarithmic profiled roller and a glass plate under pure rolling conditions It is found the agreement between numerical solutions and experiments is very good.

圆柱滚子轴承的极限偏斜角判定方法研究

提出一种判定全膜弹流润滑下圆柱滚子轴承滚子极限偏斜角的方法。以NU206E圆柱滚子轴承为研究对象,建立偏斜状态下的有限长线接触弹流润滑模型,通过拟合偏斜角与最小油膜厚度的关系曲线,结合膜厚比公式,探究全膜弹流润滑下的滚子极限偏斜角。结果表明:当滚子偏斜后,滚子与滚道间的油膜压力和油膜厚度分布不再关于Y=0截面对称,而是一端油膜压力增大、油膜厚度减小,另一端相反,并且压力的变化更为明显,引起了接触压力集中的现象;随滚子偏斜角的增大,最小油膜厚度减小,压力集中于一端的现象越加明显;当滚子偏斜角大于极限偏斜角时,轴承不再处于全膜弹流润滑状态,润滑效果变差。研究成果可为偏斜状态下轴承润滑状态的判断提供参考。

摆动工况下有限长线接触弹流润滑研究

针对对数凸型滚子接触副,推导出滚子按照正弦规律摆动时的等温有限长弹流数值分析模型,通过分别建立两套坐标系统的方法解决了求解过程中润滑入口区和出口区在摆动周期内交换的问题,揭示了摆动过程中油膜压力和厚度的分布规律,并讨论了摆动频率的影响.结果表明:在摆程不变的条件下,膜厚随摆动频率增加而增大,有利于润滑膜的建立,但同时会增加1个周期中的最大压力及压力波动幅度,使工件易于疲劳;对于相同凸度量,在低频摆动工况下边缘效应较高频工况下的严重,因此在低频摆动工况下使用滚子设计时需要增大其凸度量.

渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑数值模拟研究

建立了渐开线斜齿轮啮合的弹流润滑计算模型,将斜齿圆柱齿轮啮合的齿面接触等效为有限长线接触的弹流润滑问题.考虑斜齿轮啮合的实际因素,将斜齿轮啮合过程中的等效曲率半径和齿面载荷的变化反映到弹流润滑计算模型中,应用统一Reynolds方程方法求得轮齿在1个完整啮合周期内的瞬时弹流润滑数值解.结果表明:斜齿轮啮合线上各点处的膜厚、压力均有较大不同,各接触点处的油膜厚度受综合曲率半径的影响较大;斜齿轮传动非稳态效应相对较弱;小齿轮齿根附近和节点位置处润滑状态较差;适当增大压力角可以改善齿轮的润滑.

考虑摩擦动力学特性的渐开线齿轮润滑分析

以渐开线齿轮为研究对象,综合考虑齿面摩擦、油膜刚度和阻尼的影响,将摩擦动力学特性和齿面形貌考虑到有限长线接触弹流润滑理论(EHL)中,采用多重网格数值求解法获得了渐开线齿轮在不同啮合位置处的动载荷分布,压力与膜厚分布,并对比分析了干摩擦与润滑条件下压力分布的不同特征以及动载荷对油膜分布的影响.计算结果表明:低速时,动载荷接近稳态分布,在单双齿交替点有明显的高频冲击,随着转速的增加,动载荷变化趋于平缓;与干摩擦相比,润滑油膜可以减小最大压力峰值以及入口区和出口区的压力,但对粗糙峰凹谷处压力有所增加.沿啮合线方向,压力在节点位置附近达到最大值,膜厚受动载荷的影响较小,近似呈线性增加趋势.

滚子摩擦副弹流润滑特性及其应用──Ⅰ 有限长直母线滚子的弹流数值解

运用改进的数值方法求得了与实验结果相符的等温有限长直母线滚子的弹流数值解，与无限长线接触弹流结果相比较，揭示了润滑状态下滚子摩擦副的边缘效应和端泄对油膜分布的影响，在低速和重载时滚子的两端都几乎不能形成全膜润滑，因而有必要通过修形消除滚子端部的边缘效应．

有限长线接触弹流润滑研究的现状与展望

在已有的研究工作积累和文献调研的基础上，对有限长线接触弹流润滑研究的形成背景、发展过程、研究现状及其应用等进行了简要的综合介绍与分析评述，并指出了现有研究工作的特点、存在的问题和进一步研究的主攻方向及其必要性，展望了这方面研究工作的发展前景．

基于MEPE和EHL理论的渐开线斜齿轮啮合特性分析

以斜齿轮为研究对象,应用最小弹性势能原理(MEPE)和弹性流体动力润滑理论(EHL),采用多重网格数值求解法获得了斜齿轮在不同啮合位置及沿接触线方向的载荷分布,压力与膜厚分布,并对比分析了不同螺旋角下基于MEPE理论和基于接触线长比例理论的载荷分布模型及数值仿真结果.结果表明:沿啮合线方向,载荷在啮合中间段达到最大值,螺旋角越大,载荷分布趋于平均;受综合曲率半径和载荷分布的影响,压力分布在啮合中间段较高,膜厚沿啮合线缓慢变化,节点处稍有下降;沿接触线方向,载荷变化平缓,近似呈抛物线,最小膜厚单向线性变化,而压力则在两端具有较大值.

相交圆弧修形滚子的重载热弹流研究

用多重网格技术得到了重载有限长线接触热弹流问题的完全数值解。分析了重载工况下端部用相交圆弧修形的直母线滚子弹流特性,讨论了修形参数与工况条件对成膜能力的影响。研究表明:合理修形能优化滚子的润滑状态,并且修形滚子对工况变化有较好的自适应性;在重载工况下有限长与无限长线接触弹流解在中部存在较大差别。用“端部封油效应”合理解释了上述现象。同时指出在特定工况下,滚子温度随速度的增加会略有降低并分析了该现象的机理。

对数滚子的热弹流凸度量设计研究

基于最佳凸度量取值区间的概念,针对性能最优的对数轮廓滚子,提出了根据热弹流理论进行凸度设计的方法.使用该设计方法研究了对数滚子凸度量修正系数随工况参数的变化规律.定义了轴向膜厚分布系数和轴向压力分布系数,通过限制二者许用值的方法确保压力分布和膜厚分布的轴向均匀性,而轴向膜厚分布系数和轴向压力分布系数的许用值分别与最佳凸度量取值区间的下限和上限相对应.研究指出:轻载时凸度量修正系数的下限随载荷的增加而增加;重载时凸度量修正系数的下限随载荷的增加而趋于稳定,凸度量修正系数的上限随载荷的增加而增大;速度参数对最佳凸度量取值区间的影响不显著.

表面划痕对滚子润滑性能的影响

对滚子表面划痕对润滑性能的影响进行研究。研究表明,划痕两侧将产生压力和温度升高及膜厚跌落,划痕中部将出现压力和温度跌落及膜厚增加,并且这一现象随划痕深度和宽度的增加趋于剧烈,将恶化滚子的应力状态;与划痕深度比,划痕宽度对划痕两侧最小膜厚的影响不显著。

对数滚子偏斜时的弹流润滑研究

针对工程上滚子摩擦副偏斜的问题,研究了对数滚子偏斜时的弹流润滑特性。研究表明,偏斜后接触区出现大端和小端,大端处的压力增大而膜厚减小,小端处的压力减小而膜厚增大,并且这一趋势随着偏斜角的增大而趋于明显。偏斜现象总体上将恶化滚子的润滑状态。在同样的偏斜角下,滚子长径比越大,偏斜的影响越显著。适当增大对数滚子的凸度量可减弱偏斜现象的影响,因此,对于易发生偏斜的工况,设计时可适当增大滚子凸度量以补偿偏斜因素的影响。

有限长线接触斜齿轮副瞬态弹流润滑研究

采用统一Reynolds方程建立斜齿轮有限长线接触瞬态弹流润滑模型,研究瞬态效应与表面粗糙度对润滑特性的影响。结果表明:考虑瞬态效应的斜齿轮副润滑参数在单齿啮合区域剧烈变化,其接触区域膜厚较低且摩擦因数较大,容易处于混合润滑状态;在单齿啮合区域,瞬态解有效承载区变窄且二次压力峰明显增大。当前算例表明全膜弹流润滑状态下,粗糙度对斜齿轮副的瞬态弹流润滑特性影响较少,仅在双齿啮合区域考虑粗糙度的平均膜厚较大,且对应接触压力与膜厚围绕光滑解波动。

变位斜齿轮的热弹流润滑数值分析

运用斜齿轮有限长线接触数学模型,对渐开线变位斜齿轮进行热弹流润滑数值分析;分析正变位、负变位、等变位3种变位系数下斜齿轮的热弹流润滑状态,计算不同变位系数下斜齿轮的油膜压力、膜厚及温升,并与标准斜齿轮传动计算结果进行比较。结果表明:热弹流润滑条件下,斜齿轮的变位对油膜压力影响不大,对膜厚有较大的影响;变位斜齿轮正传动时,随变位系数的增大,压力减小,膜厚增大;沿最长接触线时,与标准斜齿轮的传动相比,变位斜齿轮正变位系数下压力最小、膜厚最大、温度最低,因此,选择正变位系数更有利于斜齿轮的润滑。

基于有限长线接触的锥齿轮热弹流润滑分析

为了研究锥齿轮的热弹流润滑机理,基于弹性流体动力润滑理论,建立有限长线接触模型,研究了直齿圆锥齿轮热弹流润滑特性。首先,将直齿圆锥齿轮热弹流问题近似等效为两同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求解了锥齿轮整个接触线上的油膜压力、油膜厚度及固体和油膜中层的温度。结果表明,直齿圆锥齿轮沿齿宽方向上各点的压力、膜厚、温度均不相同。其中,小端的油膜压力略大于大端的油膜压力;小端的油膜厚度小于大端的油膜厚度;沿齿宽方向的温度分布差异较为明显,油膜中层的温度大于两固体表面的温度。该研究为直齿圆锥齿轮的润滑设计提供一定的理论依据。

考虑滚子表面缺陷的滚动轴承动态微观润滑研究

滚动轴承中,滚子表面材料的剥落或是黏附会引起失效。为研究轴承滚子-套圈间的表面缺陷效应,基于缺陷滚子的有限长线接触问题,建立了动态微观弹流润滑模型,给出了表面凸起和凹坑两种点缺陷,分析了滚子表面缺陷对轴承润滑性能的影响,比较了缺陷滚子与内外圈接触时的润滑特性、时变解与准稳态解的差别,并讨论了缺陷尺寸和形状。结果显示,滚子的表面缺陷进入Hertz接触区,将显著影响润滑特性:凸起缺陷处油膜压力升高、油膜减薄,而凹坑缺陷处油膜压力和厚度均增大;当凸起缺陷位于出油口颈缩位置时,产生最大的油膜压力和最小的油膜厚度,润滑特性较差。与外圈的润滑特性不同,缺陷滚子与与内圈接触时油膜更薄,压力更高。与时变解相比,准稳态数值解油膜压力更低,而油膜更厚,在表面凸起位置尤甚,因此,不能用准稳态数值解代替时变解。研究同时表明:缺陷尺寸和形态对润滑性能影响显著。