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热弹流润滑状态下局部缺陷滚动轴承动力学特性研究

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热弹流润滑状态下局部缺陷滚动轴承动力学特性研究

作者：王誉博兰州理工大学

学位级别：硕士

滚动轴承作为旋转机械的关键核心部件,其性能可靠性在保障机械设备的正常运转过程中发挥了不可替代的作用,随着旋转机械朝着高速重载方向发展,滚动轴承接触表面容易出现局部缺陷,同时伴随着大量摩擦发热,此时热效应引起的润滑状态改变... 详细信息

滚动轴承作为旋转机械的关键核心部件,其性能可靠性在保障机械设备的正常运转过程中发挥了不可替代的作用,随着旋转机械朝着高速重载方向发展,滚动轴承接触表面容易出现局部缺陷,同时伴随着大量摩擦发热,此时热效应引起的润滑状态改变会对局部缺陷滚动轴承的振动响应特性产生影响。因此,开展对缺陷轴承的热弹流润滑和相应动力学特性的研究有着重要意义。为深入理解摩擦动力学对滚动轴承的影响机理,本文建立了热弹流润滑状态下的滚道表面局部缺陷滚动轴承的动力学模型,研究了滚动轴承的热弹流润滑性能及其对动力学特性的影响。主要研究内容如下:(1)建立了滚动轴承中滚动体与内、外圈之间的点接触热弹流润滑模型。对热弹流润滑控制方程进行数值求解,获得了计入热效应后的油膜厚度、压力和温度分布情况,并与等温弹流润滑特性进行了对比,研究了黏度、黏压系数、转速和载荷对滚动轴承热弹流润滑特性的影响规律。研究发现,热弹流润滑状态下,内圈的油膜厚度比外圈要小,油膜压力比外圈要大;在上述四种工况条件下,热效应的加入均会导致弹流润滑油膜厚度减小。(2)建立了考虑热弹流润滑作用的外圈缺陷滚动轴承动力学模型。考虑热弹流润滑影响下的油膜刚度阻尼和时变位移激励,提出了一种热弹流润滑状态下的缺陷轴承建模方法,运用四阶Runge-Kutta法对动力学微分方程进行数值求解,获得了模拟振动信号,并利用机械故障综合模拟实验台对模型进行了验证。(3)研究了热弹流润滑状态对故障轴承动力学特性的影响。对比分析了故障轴承分别处于干摩擦、等温弹流润滑和热弹流润滑状态下的振动响应变化情况,研究了三种润滑接触状态时,不同黏度、转速和载荷对故障轴承动力学特性的影响。结果表明,加入润滑后可以改善轴承振动情况,但热效应的存在会使润滑性能变差,振幅增大;相同润滑状态时,振幅均随着黏度、转速和载荷的增大而增大。

关键词：滚动轴承热弹流润滑局部缺陷动力学特性

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基于热弹流润滑的双渐开线齿轮温度场研究

摩擦学学报 2021年第2期41卷 268-279页

作者：尹兆明江峰樊智敏青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

针对现有双渐开线齿轮温度场计算模型不考虑油膜润滑影响的问题,根据双渐开线齿轮啮合特点,提出采用"分段法"建立适合双渐开线齿轮的热弹流润滑模型,综合有限元法和热弹流润滑方法对其本体温度进行研究,并以润滑油膜为热源对其瞬时温升... 详细信息

针对现有双渐开线齿轮温度场计算模型不考虑油膜润滑影响的问题,根据双渐开线齿轮啮合特点,提出采用"分段法"建立适合双渐开线齿轮的热弹流润滑模型,综合有限元法和热弹流润滑方法对其本体温度进行研究,并以润滑油膜为热源对其瞬时温升进行研究,最后分析了齿腰分阶参数对双渐开线齿轮温度场影响以及与普通渐开线齿轮温度场差异.结果表明:双渐开线齿轮本体温度沿齿宽方向呈非对称分布,主动轮最高本体温度偏向齿根啮入端,从动轮偏向齿顶啮出端;啮合齿面间的油膜瞬时温升明显高于两齿轮界面温升,且主动轮界面瞬时温升高于从动轮;齿腰分阶参数变化对双渐开线齿轮温度场影响较小;双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮的本体温度及齿面瞬时温升区别不大.

关键词：双渐开线齿轮热弹流润滑油膜有限元温度场

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超大模数变位齿轮-齿条传动瞬态热弹流润滑

湖南大学学报（自然科学版） 2021年第10期48卷 74-84页

作者：郑明周长江刘忠明湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082 郑州机械研究所有限公司河南郑州450008

针对三峡升船机超大模数变位齿轮-齿条传动润滑设计缺失与过早磨损,开展低速重载使役状态下传动系统的润滑特性研究.构建变位齿轮-齿条传动系统瞬态热弹流润滑计算模型,利用多重网格法与FFT方法求解各啮合点处的润滑特性参数.分析启动... 详细信息

针对三峡升船机超大模数变位齿轮-齿条传动润滑设计缺失与过早磨损,开展低速重载使役状态下传动系统的润滑特性研究.构建变位齿轮-齿条传动系统瞬态热弹流润滑计算模型,利用多重网格法与FFT方法求解各啮合点处的润滑特性参数.分析启动至正常运行阶段的转速和载荷、变位系数、模数、压力角、材料配副和油膜黏度,对油膜压力、膜厚、齿面摩擦力与摩擦系数的影响.研究结果发现,齿条啮入瞬间的成膜条件差,滑移速度与摩擦力较大,易使齿条顶部发生磨损;齿轮副硬材料表面的润滑性能较差;适当增大变位系数、模数、压力角和黏度可改善润滑性能.

关键词：三峡升船机变位齿轮-齿条超大模数热弹流润滑润滑特性参数

表面凹槽对滚子链套筒-销轴摩擦副热弹流润滑影响的数值模拟

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润滑与密封 2022年第5期47卷 45-51页

作者：姚明鲁张明宇王静刘毅戴龙杰尚召华东华大学机械工程学院上海201620 青岛征和工业股份有限公司山东青岛266705

以工业滚子链为工程背景,研究表面沟槽对套筒-销轴铰链副在充分供油条件下的热弹流润滑问题的影响。分析基于长椭圆接触假设,建立稳态热弹流润滑的数学模型,采用纵向和横向2种凹槽的表面织构形式。结果表明:在椭圆接触区长轴两端布置2... 详细信息

以工业滚子链为工程背景,研究表面沟槽对套筒-销轴铰链副在充分供油条件下的热弹流润滑问题的影响。分析基于长椭圆接触假设,建立稳态热弹流润滑的数学模型,采用纵向和横向2种凹槽的表面织构形式。结果表明:在椭圆接触区长轴两端布置2个对称的纵向凹槽时,可以起到储油的作用,增加局部油膜厚度;在椭圆接触区长轴两端各布置3个对称的横向凹槽时,会引起油膜厚度、压力与温度的急剧变化,增加了动压效应。在接触区端部设置横向凹槽的效果要好于设置纵向凹槽。

关键词：热弹流润滑长椭圆接触滚子链传动套筒-销轴铰链副表面凹槽

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核电循环泵行星齿轮热弹流润滑研究

润滑与密封 2024年第2期49卷 1-10页

作者：董庆兵汪汉明冯成程魏静何东杨海师重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆齿轮箱有限责任公司重庆402263

核电齿轮箱的良好润滑性能是核电循环泵可靠运行的重要保障,充分考虑齿面形貌和齿廓修形等因素对内/外啮合齿轮副的影响是准确评估其润滑特性的前提。建立典型工况下核电循环泵行星传动系统斜齿轮热弹流润滑模型,首先将斜齿轮副的啮合... 详细信息

核电齿轮箱的良好润滑性能是核电循环泵可靠运行的重要保障,充分考虑齿面形貌和齿廓修形等因素对内/外啮合齿轮副的影响是准确评估其润滑特性的前提。建立典型工况下核电循环泵行星传动系统斜齿轮热弹流润滑模型,首先将斜齿轮副的啮合状态几何等效为圆锥滚子的接触问题,然后考虑斜齿轮接触变形和齿廓偏差,计算得到内/外啮合齿轮副接触区域不同位置的油膜厚度、承载压力、摩擦应力和闪温等参数。考虑齿面磨合作用,采用移动平均滤波方法对未经磨合的初始形貌进行光滑处理,分析了齿面形貌对润滑行为的影响,最后采取齿廓修形改善润滑特性。结果表明:粗糙度和齿廓修形均会对润滑特性产生明显的影响,齿面粗糙形貌会造成油膜厚度减小,进而影响其润滑特性,弱化润滑油膜的承载能力;通过齿廓修形可以改善齿轮啮合边界处的几何过渡,降低该区域的应力集中和表面温度,从而明显改善啮合线终端的润滑状态。

关键词：行星齿轮核电循环泵热弹流润滑移动平均滤波法表面形貌齿廓修形

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不同机加工表面对滚动轴承热弹流润滑的影响

轴承 2024年

作者：朱晨李冬龙李倩梦王睿扬州大学机械工程学院

实际工程中没有理想光滑的表面，为了研究不同机加工表面对轴承润滑性能的影响，建立了滚动轴承的热弹流润滑模型。耦合热弹流润滑和动态接触模型，通过对比横向、纵向和各向同性三种表面纹理发现：纵向纹理形成油膜的能力较好，平均膜... 详细信息

实际工程中没有理想光滑的表面，为了研究不同机加工表面对轴承润滑性能的影响，建立了滚动轴承的热弹流润滑模型。耦合热弹流润滑和动态接触模型，通过对比横向、纵向和各向同性三种表面纹理发现：纵向纹理形成油膜的能力较好，平均膜厚和最小膜厚均高于光滑表面，且对压力、温度和应力的影响较小，较光滑表面有明显改善润滑的效果，而横向纹理和各向同性纹理会引起表面压力、温度和应力的剧增。通过进一步研究发现，波长和压力呈负相关关系，幅值和压力呈正相关关系。本文建立的滚动轴承热弹流润滑模型可以模拟球轴承在不同表面下的润滑状态并直观地反映出润滑特征的变化情况，为设计滚道纹理、研究滚动轴承的服役性能提供帮助。

关键词：滚动轴承热弹流润滑机加工表面应力场

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超高速涡轮泵机械密封热弹流润滑特性研究

润滑与密封 2023年第8期48卷 11-18页

作者：孟祥铠蘧兴源赵文静梁杨杨彭旭东浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能... 详细信息

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明:超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。

关键词：涡轮泵超高速机械密封热弹流润滑密封性能

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高速高比压织构滑动轴承热弹流润滑分析

西北工业大学学报 2019年第4期37卷 751-756页

作者：王琳张瑜陈国定西北工业大学机电学院

齿轮传动涡扇发动机(geared turbo fan engine,GTF)的星型齿轮传动系统使用滑动轴承作为支承。GTF滑动轴承在高速高比压工况下工作,油膜压力较大,导致轴承会发生弹性变形。考虑滑动轴承的弹性变形以及润滑油温黏效应等的影响,基于计算... 详细信息

齿轮传动涡扇发动机(geared turbo fan engine,GTF)的星型齿轮传动系统使用滑动轴承作为支承。GTF滑动轴承在高速高比压工况下工作,油膜压力较大,导致轴承会发生弹性变形。考虑滑动轴承的弹性变形以及润滑油温黏效应等的影响,基于计算流体动力学方法建立了高速高比压织构滑动轴承的三维热弹流润滑分析模型,研究了考虑弹性变形影响的织构滑动轴承热流体润滑性能,并对比了织构滑动轴承和无织构滑动轴承的热弹流润滑性能。结果表明:考虑弹性变形的影响后,在相同大偏心率工况下织构滑动轴承的最大油膜压力、承载力和最大油膜温度均会明显降低,周向承载区域明显扩大,且温度和油膜压力在圆周方向上的变化也更加平缓;对比织构滑动轴承和无织构滑动轴承,两者的最大油膜压力、承载力、最大油膜温升和摩擦系数无明显差异,但油膜承载区的弹性变形有明显减小。

关键词：齿轮传动涡扇发动机星型齿轮传动系统滑动轴承热弹流润滑表面织构

表面粗糙峰/谷对大滑滚比线接触热弹流润滑接触的影响

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润滑与密封 2023年第12期48卷 17-22页

作者：王新庆唐洪伟王静杜恒瑞东华大学机械工程学院上海201620 青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520

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... 详细信息

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。

关键词：热弹流润滑线接触表面粗糙峰/谷 “温度-黏度楔”凹陷大滑滚比