润滑可靠性分析方法是以机械传动部件润滑为研究对象，在经典弹流润滑理论的基础上进一步结合随机过程、可靠性理论等形成的一个新兴的交叉理论方法。考虑到机械传动中源于材料参数、几何参数、转速和载荷等方面的不确定性，运用润滑可靠性分析方法，能够有效解决不确定性因素作用下传动部件的润滑状态难以用确定值或函数描述的问题。为此，本书首先讨论当前弹流润滑研究、齿轮和轴承的不确定性研究与可靠性研究的发展现状，然后系统梳理和阐述了经典润滑理论，构建了混合弹流润滑理论和润滑可靠性建模理论，最后详细地介绍了润滑可靠性建模理论在齿轮和轴承不确定性润滑问题中的 应用。　　本书可以作为工程机械、车辆、航空航天等领域从事弹流润滑计算分析及其工程应用的科研人员，以及高等院校相关专业的高年级本科生和研究生的参考用书。

润滑可靠性分析方法是以机械传动部件润滑为研究对象，在经典弹流润滑理论的基础上进一步结合随机过程、可靠性理论等形成的一个新兴的交叉理论方法。

由于自身参数和外部激励的随机性，齿轮和轴承的润滑状态和特性具有不确定性。目前，大多数润滑理论都是以确定性分析方法为基础的，无法量化齿轮和轴承服役过程中不确定性对润滑性能的影响，限制了润滑理论在工程实际问题中的应用。作者将可靠性理论融入润滑分析中，致力于解决不确定性因素作用下的润滑分析难题，提出润滑可靠性建模理论，并将该理论应用在齿轮和轴承润滑问题中。本书汇集了作者多年在润滑可靠性领域的研究成果。　　工程中的润滑问题复杂多样，本书以线接触齿轮和轴承为例，建立了润滑可靠性分析理论和方法，开发了计算程序，涉及非牛顿流体、非高斯摩擦表面、自身参数不确定性、外部载荷不确定性和转速不确定性等多个方面的润滑可靠性问题。　　本书分上下两篇：润滑可靠性基础理论和润滑可靠性应用。上篇（第2章至第3章）是理论基础，下篇（第4章至第7章）是润滑可靠性基础理论在齿轮和轴承传动中的具体应用。　　第1章绪论：主要探讨润滑可靠性建模理论的背景和研究意义，指出不确定性因素作用下润滑分析的关键科学问题和技术难点，综述目前的研究现状。　　第2章混合弹流润滑基础理论：主要介绍经典平均流量理论、适用于非牛顿流体的平均流量模型、非牛顿流体混合弹流润滑、非高斯表面混合弹流润滑等内容，帮助读者掌握必要的混合弹流润滑基础建模理论。　　第3章润滑可靠性建模理论：主要介绍润滑可靠性建模中涉及的可靠性理论、可靠性分析方法、润滑可靠性的定义，以及齿轮和轴承的润滑可靠性模型等内容。　　第4章考虑参数不确定性的齿轮润滑可靠性分析：齿轮自身参数不确定性主要体现在材料物理参数和结构几何参数，介绍考虑齿轮自身参数不确定性的润滑可靠性问题。　　第5章考虑外部载荷不确定性的齿轮润滑可靠性分析：齿轮系统在某些应用场合受到的外部载荷具有随机性，介绍齿轮副在随机载荷作用下的润滑可靠性问题，属于齿轮动态可靠性问题。　　第6章载荷和转速不确定情况下轴承润滑可靠性分析：在实际服役条件下，轴承的载荷和转速通常是随时间随机变化的，这使轴承润滑特性不确定性增强，本章介绍载荷和转速不确定情况下轴承润滑可靠性问题。　　第7章工程实际中的轴承润滑可靠性问题：在工程实际中，理论分析难以获取传动部件摩擦副润滑分析中所需的全部信息，本章介绍服役状态下轴承润滑性能及可靠性分析方法，为解决工程实际中的轴承润滑可靠性问题提供参考范例。　　本书提供所有MATLAB程序的源代码，初衷是帮助读者快速理解和掌握润滑基础理论，并能够很方便地改编齿轮和轴承润滑程序以解决实际问题，这将为读者的学习、工作和研究提供很大的便利。　　本书由陶友瑞设计框架，并与裴佳星、吴淼杰共同提出润滑可靠性基本理论；第2章部分内容、第3章、第4章和第5章由裴佳星负责撰写；第1章、第2章部分内容、第6章和第7章由吴淼杰负责撰写；全书由段书用统稿和审校，并撰写了内容简介和前言。　　本书的出版得到了国家自然科学基金面上项目（51675173，52075146）、国家重点研发计划项目（2017YFB1301300）、国家自然科学基金联合基金集成项目（U23A6017）、中央引导地方科技发展资金项目（236Z4304G）等资助，一并感谢！　　限于作者水平，书中难免存在不足甚至错误之处，敬请读者批评和指正，作者的邮箱为taoyourui@hebut.edu.cn。　　　　陶友瑞　　2025年4月于天津

高等院校教师

前言第1章 绪论 1　　1.1 背景和研究意义 1　　1.2 关键科学问题与技术难点 2　　1.3 研究现状 3　　　　1.3.1 弹流润滑研究 3　　　　1.3.2 考虑不确定性的齿轮和轴承性能研究 6　　　　1.3.3 齿轮和轴承可靠性研究 8　　1.4 本书主要内容 10上篇 润滑可靠性基础理论第2章 混合弹流润滑基础理论 15　　2.1 引言 15　　2.2 经典平均流量理论 15　　　　2.2.1 经典平均流量模型 16　　　　2.2.2 经典平均流量系数 19　　2.3 适用于非牛顿流体的平均流量理论 21　　　　2.3.1 非牛顿流量系数 22　　　　2.3.2 非牛顿平均流量模型求解 31　　　　2.3.3 流变参数及粗糙度对流量系数的影响 36　　　　2.3.4 流量系数公式 42　　　　2.3.5 计算程序 45　　2.4 非牛顿流体混合弹流润滑分析 51　　　　2.4.1 混合弹流脂润滑的随机模型 51　　　　2.4.2 控制方程数值求解 54　　　　2.4.3 混合弹流脂润滑特性分析 61　　　　2.4.4 混合弹流脂润滑状态预测公式 66　　　　2.4.5 计算程序 74　　2.5 非高斯表面混合弹流润滑分析 81　　　　2.5.1 非高斯表面线接触混合润滑基本方程 81　　　　2.5.2 无量纲化与离散化 87　　　　2.5.3 控制方程数值求解 91　　　　2.5.4 非高斯表面线接触混合润滑特性 93　　　　2.5.5 非高斯表面线接触最小膜厚公式 101　　　　2.5.6 计算程序 105　　2.6 小结 125第3章 润滑可靠性建模理论 126　　3.1 引言 126　　3.2 可靠性基础及分析方法 126　　　　3.2.1 可靠性基础 127　　　　3.2.2 常用的可靠性分析方法 129　　3.3 时变可靠性理论 132　　　　3.3.1 时变可靠性理论基础 133　　　　3.3.2 常用时变可靠性分析方法 137　　3.4 润滑状态与膜厚比 140　　3.5 润滑可靠性模型 141　　3.6 小结 144下篇 润滑可靠性应用第4章 考虑参数不确定性的齿轮润滑可靠性分析 146　　4.1 引言 146　　4.2 齿轮润滑最小膜厚计算 146　　　　4.2.1 齿轮动力学分析 147　　　　4.2.2 齿轮几何及运动学分析 152　　　　4.2.3 齿轮润滑最小膜厚 154　　4.3 齿轮动力响应统计特征及润滑可靠性分析 154　　　　4.3.1 齿轮润滑静态可靠性求解 154　　　　4.3.2 齿轮系统动力响应统计特征 155　　　　4.3.3 齿轮系统润滑可靠性分析 161　　4.4 齿轮表面粗糙度及润滑可靠性退化规律 164　　　　4.4.1 试验台设计 164　　　　4.4.2 齿面粗糙度测量 165　　　　4.4.3 齿轮润滑可靠性演化规律 169　　4.5 计算程序 169　　4.6 小结 176第5章 考虑外部载荷不确定性的齿轮润滑可靠性分析 178　　5.1 引言 178　　5.2 齿轮随机动力学模型 178　　　　5.2.1 随机载荷建模 178　　　　5.2.2 齿轮随机动力学方程 179　　　　5.2.3 齿轮动态啮合力 182　　5.3 齿轮动力响应及润滑瞬时可靠性分析 183　　　　5.3.1 齿轮润滑瞬时可靠度求解 184　　　　5.3.2 随机外部载荷下齿轮动力响应的数字特征 184　　　　5.3.3 齿轮润滑瞬时可靠性分析 186　　5.4 计算程序 192　　5.5 小结 199第6章 载荷和转速不确定情况下轴承润滑可靠性分析 200　　6.1 引言 200　　6.2 主轴承载荷及润滑可靠性建模理论 201　　　　6.2.1 风机主轴承配置 201　　　　6.2.2 三点支撑式主轴承外部载荷分析 202　　　　6.2.3 主轴承滚子载荷分析 203　　　　6.2.4 主轴承运动学分析 208　　　　6.2.5 主轴承润滑可靠性模型 208　　6.3 风机主轴承随机工况模拟 209　　　　6.3.1 随机风场生成 210　　　　6.3.2 气动弹性模拟 212　　6.4 随机载荷和转速下主轴承润滑可靠性分析 215　　　　6.4.1 主轴承润滑可靠性 216　　　　6.4.2 平均风速的影响 218　　　　6.4.3 湍流强度的影响 219　　　　6.4.4 润滑失效概率公式 221　　6.5 计算程序 223　　6.6 小结 227第7章 工程实际中的轴承润滑可靠性问题 228　　7.1 引言 228　　7.2 监测数据集构建 228　　　　7.2.1 SCADA监测系统 229　　　　7.2.2 监测数据集 229　　7.3 实测工况模拟 230　　　　7.3.1 实测风场复现模拟 231　　　　7.3.2 风机运行状态复现模拟 231　　　　7.3.3 复现模拟准确性验证 233　　7.4 实测工况下主轴承工作状态分析 234　　　　7.4.1 直驱式风机主轴承外部载荷分析 234　　　　7.4.2 主轴承滚子载荷与运动学分析 236　　7.5 实测工况下轴承润滑可靠性分析 240　　　　7.5.1 前主轴承润滑可靠性 242　　　　7.5.2 后主轴承润滑可靠性 245　　　　7.5.3 主轴承润滑脂选型 247　　7.6 轴承润滑可靠性试验 248　　　　7.6.1 轴承等效缩比与工况选取 248　　　　7.6.2 轴承磨损试验 251　　　　7.6.3 轴承磨损程度与润滑可靠性 252　　7.7 计算程序 256　　　　7.7.1 主轴承外部载荷分析程序 256　　　　7.7.2 前主轴承润滑失效概率求解程序 257　　　　7.7.3 后主轴承润滑失效概率求解程序 261　　7.8 小结 265参考文献 267