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基于非牛顿流体的圆柱齿轮副热弹流润滑研究

基于非牛顿流体的圆柱齿轮副热弹流润滑研究

作者：顾俊杰南京航空航天大学

学位级别：硕士

圆柱齿轮具有传动效率高、结构紧凑、承载能力大等优点,因此被广泛应用于船舶、汽车、航空等领域。润滑失效是圆柱齿轮传动失效的主要方式之一,而油膜破裂导致金属固体直接接触,产生局部高温,容易形成齿面磨损、胶合等失效形式。目前,... 详细信息

圆柱齿轮具有传动效率高、结构紧凑、承载能力大等优点,因此被广泛应用于船舶、汽车、航空等领域。润滑失效是圆柱齿轮传动失效的主要方式之一,而油膜破裂导致金属固体直接接触,产生局部高温,容易形成齿面磨损、胶合等失效形式。目前,齿轮的摩擦、磨损及润滑问题的研究已成为新的热点研究区域。本文以圆柱齿轮副为研究对象,基于有限长线接触模型,开展其非牛顿流体热弹流润滑研究,为齿轮参数设计提供摩擦学理论依据,具有一定的理论意义和工程应用价值。本文主要从以下五方面开展工作:1)圆锥滚子接触副的弹流润滑数值研究。以圆锥滚子与无限大刚性平面接触模型为研究对象,研究其压力、膜厚和温度的分布情况,分析不同工况下摩擦系数的变化规律,为斜齿轮传动的润滑分析提供理论基础。2)直齿轮副非牛顿流体热弹流润滑数值研究。针对直齿轮副弹流润滑模型,考虑流体的非牛顿特性、时变效应以及热效应,研究工况参数对其摩擦特性的影响。3)斜齿轮副牛顿流体等温弹流润滑数值研究。将斜齿轮啮合等效为两个反向圆锥接触的润滑模型,结合啮合过程中曲率半径、卷吸速度、滑滚比以及载荷分配的变化规律,研究斜齿轮在不同接触位置及啮合位置的润滑特性,分析工况参数对斜齿轮副润滑性能的影响。4)斜齿轮副非牛顿流体热弹流润滑数值研究。在斜齿轮副牛顿流体润滑研究基础上,考虑流体的非牛顿特性以及热效应对其斜齿轮副润滑性能的影响,应用多重网格法进行求解,获得其润滑特性参数,分析工况参数对摩擦系数的影响规律。5)有限长线接触弹流润滑试验研究。利用摩擦磨损试验机测量圆锥滚子与圆盘接触润滑的摩擦系数,且与理论结果对比分析,以验证前文有限长线接触理论研究的正确性。

关键词：圆柱齿轮有限长线接触非牛顿流体热弹流润滑

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汽车差速器直齿圆锥齿轮的润滑机理研究

汽车差速器直齿圆锥齿轮的润滑机理研究

作者：魏聪青岛理工大学

学位级别：硕士

直齿圆锥齿轮可以实现空间交错轴传动,在现代汽车的主减速器和差速器中被广泛应用。当直齿圆锥齿轮传递动力的载荷和齿面滑动速度过大时,若齿面间的润滑不当,两锥齿轮齿面易产生摩擦和磨损等失效形式。本文以汽车差速器锥齿轮为研究对象... 详细信息

直齿圆锥齿轮可以实现空间交错轴传动,在现代汽车的主减速器和差速器中被广泛应用。当直齿圆锥齿轮传递动力的载荷和齿面滑动速度过大时,若齿面间的润滑不当,两锥齿轮齿面易产生摩擦和磨损等失效形式。本文以汽车差速器锥齿轮为研究对象,首先建立了直齿圆锥齿轮无限长线接触等温弹流润滑模型。其次研究了直齿圆锥齿轮微观形貌下的时变弹流润滑问题。然后研究了齿廓修形对直齿圆锥齿轮润滑特性的影响。而后研究了差速器锥齿轮在差速工况下的润滑机理,分别研究了直线行驶工况和转弯工况下的润滑特性,同时分析了差速工况下的热弹流润滑问题。最后研究了有限长线接触的直齿圆锥齿轮的热弹流润滑特性。建立了直齿圆锥齿轮无限长线接触稳态弹性流体动力润滑模型,应用多重网格法求解了直齿圆锥齿轮大端至小端11个接触点的稳态弹流润滑数值解,研究了直齿圆锥齿轮大端与小端啮入点和啮出点的油膜压力和油膜厚度,讨论了直齿圆锥齿轮的模数、分度节锥角、弹性模量、无量纲速度及无量纲载荷对小端啮入点油膜压力和油膜厚度的影响。考虑了直齿圆锥齿轮单双齿啮合时的综合曲率半径、卷吸速度及载荷随时间的变化,研究了表面高斯粗糙分布和表面余弦粗糙分布对时变弹流润滑的影响,求解了锥齿轮整个啮合周期内的时变微观弹流数值解,同时求解了整个啮合线上的最大油膜压力、最小油膜厚度、中心油膜厚度及中心油膜压力。在直齿圆锥齿轮时变弹流润滑的基础上,考虑了齿廓修形对润滑特性的影响,研究了齿廓修形对瞬时啮入点和瞬时啮出点的油膜压力和油膜厚度的影响。研究了转速对直齿圆锥齿轮修形后润滑特性的影响,比较了三种转速下的油膜压力和油膜厚度。研究了修形参数对润滑特性的影响,并讨论了两种最大修形量和修形长度下的瞬态润滑特性。研究了齿廓修形后的直齿圆锥齿轮沿齿宽方向的油膜压力分布。基于无限长线接触时变弹流润滑模型,研究了差速器锥齿轮在直线行驶工况和差速工况下的润滑特性,对比了两种工况下行星齿轮与半轴齿轮啮合时的滑滚比、中心压力、中心膜厚、最小膜厚和最大压力的变化;计算了变工况下行星齿轮与左右半轴齿轮在整个啮合区间的弹流润滑数值。研究了差速器锥齿轮在差速工况下的啮合热特性,同时研究了行星齿轮的温度场变化。以差速器行星齿轮与半轴齿轮为研究对象,建立了直齿圆锥齿轮有限长线接触弹流润滑模型,计算了锥齿轮整个接触线上的综合曲率半径和卷吸速度。应用多重网格法和逐列扫描法计算了锥齿轮整个接触线上的油膜压力、油膜厚度及固体与油膜中层温度。

关键词：直齿圆锥齿轮弹流润滑时变齿廓修形差速工况有限长线接触

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高速列车轴箱偏斜滚子轴承热混合润滑分析

高速列车轴箱偏斜滚子轴承热混合润滑分析

作者：何文卓青岛理工大学

学位级别：硕士

在高速列车迅猛发展的今天,其安全性问题引起了关注。作为高速列车走行部的关键零部件,轴箱轴承性能的好坏直接影响到列车能否安全和平稳地运行。在高速列车轴箱轴承中最常见的是圆柱滚子轴承,其在列车运行的过程中,会时常处于混合润滑... 详细信息

在高速列车迅猛发展的今天,其安全性问题引起了关注。作为高速列车走行部的关键零部件,轴箱轴承性能的好坏直接影响到列车能否安全和平稳地运行。在高速列车轴箱轴承中最常见的是圆柱滚子轴承,其在列车运行的过程中,会时常处于混合润滑状态,并因安装误差等因素承受一定的力矩载荷,使滚子产生偏斜,这些都会造成轴承的润滑磨损失效。本文以轴箱圆柱滚子轴承为研究对象,将轴承滚子偏斜时的整体力学特性和轴承润滑模型相结合,从理论和试验两方面研究了考虑偏斜效应的圆柱滚子轴承润滑问题,为列车轴箱轴承的改善提供理论基础。主要的研究内容包括4部分:建立了考虑偏斜效应的圆柱滚子轴承拟静力学模型;在拟静力学模型的基础上,分析了偏斜滚子轴承等温弹流润滑性能;讨论了偏斜滚子轴承热混合润滑性能;试验研究了偏斜滚子副在不同工况下的润滑性能。首先,构建了考虑偏斜效应的圆柱滚子轴承拟静力学模型,研究了轴承在力矩载荷作用下的力学特性,并对保持架打滑率进行了部分的研究。结果表明:径向载荷、力矩载荷、滚子数量和长度均影响轴承的力学性能。其中,力矩载荷越大,滚子偏斜角越大;当滚子偏斜时,适当地减小滚子数量和长度、用陶瓷(SiN)材质做滚子和套圈,偏斜滚子轴承的打滑率明显下降。其次,基于轴承拟静力学模型,将它与有限长线接触等温弹流润滑模型相耦合,研究了力学特性对轴承等温弹流润滑性能的影响。结果表明:力矩载荷作用后,油膜压力和厚度呈现非对称现象;力矩载荷越大,油膜压力和膜厚的偏斜程度越明显,易导致轴承润滑性能恶化;径向载荷和内圈转速越大,油膜压力偏斜程度越小;滚子长度的减小和滚子数量的增加,均可以减小油膜压力,有利于改善轴承的润滑性能。再次,基于平均流量模型分析混合润滑问题,在滚子全域上建立非牛顿有限长线接触热混合润滑模型,并与轴承拟静力学模型耦合,研究了工况参数、结构参数对轴承热混合润滑性能的影响。结果表明:力矩载荷作用后,中层油膜温度呈现不对称性,承载端温度升高,非承载端温度降低;径向载荷越大,承载端一直处于混合润滑状态,滚子两端油膜温度逐渐增大;内圈转速越大,滚子两端均向全膜润滑状态改变,平均摩擦系数和载荷比减小;力矩载荷越大,滚子承载端油膜厚度减小,油膜温度升高,处于混合润滑状态,非承载端油膜厚度增大,温度降低,且向全膜润滑状态改变;滚子数量的增加、滚子长度的减小,均可以降低滚子两端的油膜温度,有利于改善轴承的润滑状态。最后,在流变仪EC-Twist 502上测量PAO10、PAO4及PAG三种润滑油的粘度,在滚子副光干涉油膜测量试验台,研究了不同偏斜角度、卷吸速度、载荷及润滑油粘度下的油膜厚度分布情况,并进行了相应的分析,验证理论结果。结果表明:滚子处于偏斜状态下,Hertz接触区内的油膜形状会出现一端大,一端小的现象,1号和2号位置一直处于混合润滑状态;卷吸速度越大,整体膜厚越大,2号位置的润滑状态由混合润滑向全膜润滑状态改变;载荷对接触区油膜形状的变化影响较为明显,但对厚度的影响较小。润滑油粘度的增加能够减小滚子的偏斜效应。

关键词：偏斜效应轴承拟静力学有限长线接触等温弹流润滑热混合润滑光干涉油膜测量

偏歪斜下航发圆柱滚子轴承的热弹流润滑特性研究

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偏歪斜下航发圆柱滚子轴承的热弹流润滑特性研究

作者：刘勇河南科技大学

学位级别：硕士

圆柱滚子轴承由于其高承载、低摩擦的特性,被广泛应用于航空航天领域。但航空航天恶劣的工作环境和高的可靠性需求对轴承的各项性能提出了更高的要求。其中,轴承的润滑设计问题是极其重要的部分,特别是由于各种因素使滚子偏、歪斜后,轴... 详细信息

圆柱滚子轴承由于其高承载、低摩擦的特性,被广泛应用于航空航天领域。但航空航天恶劣的工作环境和高的可靠性需求对轴承的各项性能提出了更高的要求。其中,轴承的润滑设计问题是极其重要的部分,特别是由于各种因素使滚子偏、歪斜后,轴承的润滑性能将变得更差,从而导致航天设备处于极其危险的环境。因此,对于滚子偏、歪斜后的轴承润滑特性分析是十分必要的。本文将通过弹流润滑理论,针对滚子偏、歪斜的特殊工况对轴承润滑性能进行研究分析,以期保证轴承在特殊工况下的良好润滑性能,从而为整个系统的稳定正常工作提供基础保障。首先,针对航发圆柱滚子轴承的恶劣工况,建立相切圆弧修形下的有限长线接触弹流润滑数学模型,通过多重网格法对弹流问题进行数值求解,分析载荷、转速以及凸度量对轴承接触区油膜压力和厚度的影响规律,结果表明:随着载荷的增大,接触区的油膜压力逐渐增大,膜厚减小,并且滚子的两端变化更为明显;转速的增大会使膜厚整体逐渐增大,油膜压力变化则不太明显;而改变滚子的凸度量会使油膜压力和膜厚分布趋于平整。其次,在上述研究的基础上,考虑圆柱滚子轴承的热效应和滚子偏、歪斜效应,对不同偏、歪斜工况下的接触区油膜压力、厚度和温度进行求解,探究滚子偏斜角和歪斜角对接触区润滑性能的影响规律,结果表明:滚子偏斜后,油膜压力、膜厚和温度分布会向滚子承载端倾斜,并且随着偏斜角的增大,最大油膜压力、最大油膜温度会逐渐增大,最小膜厚会逐渐减小;而滚子歪斜后,油膜压力、膜厚和温度会随歪斜的方向歪斜对称分布,最大油膜压力和最大油膜温度会随着歪斜角的增大而增大,最小膜厚会逐渐减小,但增大和减小的幅度较小;相比之下,滚子偏斜对轴承润滑性能的影响要远大于滚子歪斜。然后,基于滚子偏斜下的热弹流润滑理论,通过分析滚子偏斜对轴承接触区油膜厚度的影响规律,拟合出滚子偏斜角与最小膜厚的关系式,结合膜厚比公式,从润滑角度提出了一种判定圆柱滚子轴承处于良好润滑状态下的滚子极限偏斜角的方法,并在此基础上研究分析轴承滑滚比、滚子长径比和修形凸度量对滚子极限偏斜角的影响,结果表明:随着滑滚比和滚子长径比的增大,滚子的极限偏斜角会逐渐降低,大长径比的滚子对偏斜更加敏感;而对于本文选取的三个凸度量,滚子极限偏斜角会随着凸度量的增大而减小。最后,先通过与相关文献中理想工况下的光干涉油膜厚度测量试验进行对比分析;再利用Rtec摩擦磨损测试仪对不同润滑油下的圆柱滚子轴承摩擦力矩进行测量,通过和理论数值计算结果进行对比,相对误差小于10%,验证本文弹流润滑理论计算结果的准确性。综上所述,本文通过对滚子偏、歪斜状态下的圆柱滚子轴承热弹流润滑特性进行分析,探究了轴承工况和结构参数对接触区润滑性能的影响规律,再通过拟合滚子偏斜角与最小膜厚的关系曲线,结合膜厚比计算公式,提出了判定轴承处于良好润滑状态下的滚子极限偏斜角的方法,以期研究成果为特殊工况下轴承的润滑设计提供一定参考。

关键词：滚动轴承热弹流润滑有限长线接触偏歪斜全膜润滑极限偏斜角

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滚动轴承中滚子偏斜的润滑研究

滚动轴承中滚子偏斜的润滑研究

作者：黄海青岛理工大学

学位级别：硕士

本文主要研究了滚子偏斜对滚动轴承润滑的影响。全文共包括四个部分，即陶瓷球轴承的热弹流润滑分析;滚子偏斜的等温弹流润滑分析;滚子偏斜的热弹流润滑分析;偏斜滚子副的实验研究。首先，利用多重网格法和逐列扫描法，得到了陶瓷... 详细信息

本文主要研究了滚子偏斜对滚动轴承润滑的影响。全文共包括四个部分，即陶瓷球轴承的热弹流润滑分析;滚子偏斜的等温弹流润滑分析;滚子偏斜的热弹流润滑分析;偏斜滚子副的实验研究。首先，利用多重网格法和逐列扫描法，得到了陶瓷球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解，并且对两种轴承做了比较。结果表明：第一，轴承的载荷与转速会对接触区的压力、膜厚和温度产生影响。第二，轴承的热效应是不能忽略的。第三，在相同压力和转速的情况下，陶瓷球轴承相比全钢轴承而言，油膜要厚，温度要低，具有一定的优越性。其次，基于偏斜滚子与无限大平面间形成的有限长线接触模型，考虑了滚子力矩平衡，给出了在等温弹流润滑条件下偏斜角、速度、载荷与偏距对油膜压力和膜厚分布的影响。在此基础上，分析了圆柱滚子轴承中偏斜滚子与内外圈接触的等温弹流润滑情况。讨论了油膜压力和膜厚随偏斜角、轴承转速、滚子所受载荷、滚子尺寸等的变化情况。结果表明，滚子偏斜易引起滚子与套圈间的偏磨，对润滑不利。然后，在等温基础上，考虑热效应，分别对偏斜滚子与无限大平面接触和轴承内外圈接触的热弹流润滑问题进行了分析。给出了油膜压力、膜厚和温度在不同条件下的分布情况。分析表明，在滚子偏斜条件下，热效应对滚动轴承的润滑性能更加不利，因此，在滚子偏斜条件下热效应是不能忽略。最后，为了验证理论结果，利用设有特殊调倾装置的滚子副油膜测量试验机，完成了滚子偏斜条件下的油膜光干涉实验。给出了滚子在不同偏斜角、卷吸速度和载荷条件下的油膜分布情况，并进行了相应的分析，验证了理论结果的正确性。

关键词：陶瓷球轴承有限长线接触滚子偏斜热弹流润滑光干涉油膜测量

高速铁路滚子轴承中凸度滚子接触参数分析与轴承稳健设计模型

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黄山学院学报 2021年第3期23卷 15-21页

作者：杨咸启时大方刘国仓安徽建筑大学城市建设学院安徽合肥238076 浙江天马轴承集团有限公司浙江湖州313200 黄山学院安徽黄山245041

在高速和重载铁路滚子轴承设计中普遍采用凸度滚子,轴承的接触压力分析需要经过比较繁杂的计算过程,给分析设计带来不便。针对铁路滚子轴承中有限长线接触的理论和数值分析问题,介绍了一种有限条数值模型分析方法,它可以使有限长线接触... 详细信息

在高速和重载铁路滚子轴承设计中普遍采用凸度滚子,轴承的接触压力分析需要经过比较繁杂的计算过程,给分析设计带来不便。针对铁路滚子轴承中有限长线接触的理论和数值分析问题,介绍了一种有限条数值模型分析方法,它可以使有限长线接触计算得到相对简化。对具有凸度滚子的有限长线接触区上的接触压力和区域形状分析问题,建立了接触问题工程计算方法,提出了高速和重载铁路滚子轴承优化稳健设计,为轴承设计应用和提高轴承可靠性使用性能提供了方法。

关键词：高速铁路滚子轴承凸度滚子有限长线接触有限条元模型接触参数稳健设计

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基于滚动轴承中滚子偏斜的润滑分析

基于滚动轴承中滚子偏斜的润滑分析

青年摩擦学者与“十二五”发展——2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议

作者：刘晓玲李书义栗心明杨沛然青岛理工大学机械工程学院

为研究滚动轴承中偏斜滚子与套圈间的润滑问题,对偏斜滚子-套圈形成的有限长线接触润滑问题进行了数值求解和试验研究。分析了滚子偏斜角及载荷对偏斜滚子副润滑性能的影响,将偏斜滚子的润滑特性与平行滚子进行了比较,并给出了相应的试... 详细信息

为研究滚动轴承中偏斜滚子与套圈间的润滑问题,对偏斜滚子-套圈形成的有限长线接触润滑问题进行了数值求解和试验研究。分析了滚子偏斜角及载荷对偏斜滚子副润滑性能的影响,将偏斜滚子的润滑特性与平行滚子进行了比较,并给出了相应的试验结果。结果表明,滚子偏斜对滚子副润滑不利,极易引起滚子偏磨。载荷越大接触区域越大,虽在一定程度上可减小滚子两端压力及膜厚分布不均,但滚子端部更薄的油膜厚度和更高油膜压力极易导致润滑失效,从而降低轴承的使用寿命。

关键词：偏斜滚子有限长线接触弹流润滑

来源： cnki会议评论

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轴承滚子非常态运动弹流润滑分析

机械研究与应用 2014年第4期27卷 47-50,53页

作者：武宁宁李书义赵小军青岛理工大学(临沂)机电工程系山东青岛273400

针对工程中轴承工作时滚子发生非常态运动问题,建立滚子非常态运行模型,利用数值分析方法,研究了滚子非常态运行时滚子与外圈、滚子与内圈间的弹流润滑特性。结果表明,轴承滚子微小偏斜时,会造成滚子与外内圈之间一端油膜膜厚减小,接触... 详细信息

针对工程中轴承工作时滚子发生非常态运动问题,建立滚子非常态运行模型,利用数值分析方法,研究了滚子非常态运行时滚子与外圈、滚子与内圈间的弹流润滑特性。结果表明,轴承滚子微小偏斜时,会造成滚子与外内圈之间一端油膜膜厚减小,接触压力增大,另一端变化正相反,其中接触压力的改变较明显,引起偏载现象,且滚子与内圈间的情况更严重;轴承滚子小角度歪斜时,对滚子与内外圈间膜厚和应力分布情况影响都不大。

关键词：轴承滚子偏斜滚子歪斜有限长线接触弹性流体动力润滑

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渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑数值模拟研究

渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑数值模拟研究