水基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)-SiC二元混合磁流体的稳定性、流变性、热物性与低速润滑性

为改善纳米水基磁流体的热物性和低速润滑性,匹配液压传动特性需求,采用两步法制备体积比50∶50水基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)-SiC二元混合磁流体,并研究了重力场下其沉降稳定性和磁场下的分层稳定性,遴选出稳定性良好的二元混合磁流体样品,分析了二元混合磁流体和一元磁流体在流变性、热物性和低速润滑性上的性能差异,并搭建液压系统测试了不同介质条件下的系统温升特性。结果表明:OA和SDBS的质量分数分别为3.0%和2.0%时,Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)纳米颗粒包覆效果最佳;CMC质量分数为0.3%~0.6%时,对SiC纳米颗粒润湿分散作用显著;二元混合磁流体在磁场条件下的分层稳定性随着CMC质量分数的增加而提高。在相同分散条件下,二元混合磁流体相较于一元磁流体,80 mT下粘度减小21.07%,40℃和70℃下热导率分别增加了26.26%和25.48%;二元混合磁流体的低速润滑性能更好,在液压系统中的温升更缓。

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。

极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

极端工况条件下,静压支承间隙润滑油膜受到强挤压力与强剪切力的联合作用,润滑油的温度升高,黏度下降,油膜变薄,导致运行过程中极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得。为解决此技术难题,设计一种新型油垫可倾式静压支承结构,形成静动压混合推力轴承,提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承,建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。使用Solidworks 3维软件建立静压支承油膜的3维几何模型,利用ANSYS ICEM软件进行高质量的间隙油膜结构化网格划分,将油膜网格导入ANSYS CFX设置对应的边界条件,应用MATLAB拟合46#润滑油的黏温关系曲线进行变黏度仿真,求解并分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征,求得摩擦副热力耦合变形。将变形场数据提取并导入MATLAB中进行数据处理,获得3维油膜形貌,判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置,获得油膜厚度状态,验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明:极端工况下,该新型结构润滑效果大大改善,轻载高速时热变形起主导作用,油膜厚度差异较大;低速重载时力变形占主导地位,油膜较平滑;油腔外侧封油边交角处变形最大,此处油膜最薄,易发生摩擦学失效。

混合陶瓷球轴承的热混合润滑性能分析

轴承工业将陶瓷用于航空、机床主轴等极端条件,为研究混合陶瓷球轴承的混合润滑机制,在拟静力学建模及分析的基础上,基于平均流量模型,建立了混合陶瓷角接触球轴承的热混合润滑模型,采用膜厚比与粗糙峰接触载荷比相结合的方法判断各滚动体的润滑状态,并研究了热效应、接触角和环境黏度对混合润滑性能的影响。结果表明:热条件下的油膜厚度、平均摩擦系数要比等温条件下的小。与钢制轴承相比,混合陶瓷球轴承的接触工况更好,更适合在高速条件工作;当λ<1且La>4.6%,接触副处于边界润滑状态;当λ≥1且La≤4.6%,接触副处于混合润滑状态。单一滚动体-套圈接触不能全面反映轴承的润滑性能,需要基于拟静力学进行多个滚动体的混合润滑分析,以准确判断轴承的混合润滑性能。存在一合适的接触角,使得角接触球轴承的混合润滑性能最佳。润滑油环境黏度越高,平均摩擦系数越小,润滑状态由边界润滑向混合润滑过渡。较钢制球轴承,混合陶瓷球轴承可以减小摩擦系数,但会增大粗糙峰接触载荷。

水润滑动静压陶瓷轴承的热弹流润滑分析

建立了水润滑动静压陶瓷轴承的弹流润滑几何模型,采用考虑了热效应的Reynolds方程,对水润滑动静压陶瓷轴承进行考虑热效应时的弹流理论分析。研究了不同工况下供水压力对水润滑动静压陶瓷轴承的压力膜厚影响,分析了不同工况下润滑膜局部最高温度出现的区域,得到了速度、载荷对水润滑动静压陶瓷轴承润滑膜温度控制的协同作用曲线。结果显示,初始供水压力的静压效应有利于轴承润滑,初始供水压力增大,润滑膜膜厚增大,不同工况下压力变化趋势不同;不同工况下,润滑膜局部最高温度的区域发生变化;当润滑膜局部最高温度保持在一个定值时,不同的速度和载荷组合对润滑膜局部温度控制呈现反相关的协同作用,并且在不同工况下,速度、载荷的相关性变化趋势不同。