基于拟动力学的航空发动机主轴滚子轴承热弹流润滑分析

以D1842926航空发动机主轴滚子轴承典型工况为算例,基于拟动力学分析结果,获得滚动体与套圈之间的接触微区运动和受力状态,分别用Hamrock-Dowson(H-D)拟合公式,Wilson-Sheu(W-S)热修正公式和热弹流数值法得到最小膜厚,并与试验测试数据进行了对比,结果表明,H-D最小膜厚误差非常大,W-S热修正最小膜厚比H-D误差要小,但误差仍在40%以上,文中数值结果与试验数据较为一致,误差10%以内;对比不同速度下三种算法的最小膜厚分布,低速时三者较为一致,随着速度的提高,H-D最小膜厚误差越来越大,而W-S最小膜厚在速度增大到一定程度后反而降低;随着径向载荷的增大,润滑膜压力增大,膜厚减小,两端的压力略高于中间;随着转速增大,润滑膜膜厚增大,压力基本没有变化。

考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析

本文中以476728航空发动机主轴球轴承高速重载典型工况为算例,提出一种将轴承动力学分析和热弹流润滑分析相集成的数值算法,打破传统分析中二者在各自领域独立进行的局限性,提高了轴承数值计算的精确度.对比了传统拟动力学分析、集成分析和实验实测的最小膜厚,结果表明:集成分析结果与试验获得数据更为一致,证明本文的算法可行,能够更为准确地判断航空发动机主轴球轴承的润滑状态.探讨了航空发动机主轴球轴承结构参数曲率系数、初始接触角和滚动体数目对轴承接触应力、相对滑动速度、弹流润滑膜压力、膜厚和温度性能的影响,为航空发动机主轴球轴承的结构设计及优化提供重要理论依据.

不同载液磁流体热弹流润滑性能对比

建立磁流体润滑滑动轴承的弹流润滑模型。利用考虑热效应的雷诺方程,用多重网格法对磁流体润滑滑动轴承进行弹流润滑分析。比较不同载液磁流体润滑滑动轴承的润滑膜膜厚和压力分布。通过对比酯基H01磁流体、烃基E03磁流体和水基A01磁流体的润滑膜膜厚和压力,选择水基磁流体做进一步的研究,探究载荷和速度对水基磁流体润滑滑动轴承的润滑膜弹流性能的影响。结果表明:与等温条件下相比,不同载液磁流体润滑膜的压力没有变化,但是磁流体润滑膜的膜厚都减小;在不同转速条件下,水基磁流体润滑膜的入口区压力随着转速增加而增大,膜厚随着转速增加而增厚,压力峰随着转速增加而减小;在不同载荷条件下,水基磁流体润滑膜的入口区压力随着载荷增加而减小,膜厚随着载荷增加而减小,压力峰随着载荷增加而增大。

磁流体润滑机床主轴滑动轴承弹流润滑分析

建立磁流体润滑机床主轴滑动轴承的弹流润滑模型,并进行弹流润滑数值模拟分析。探讨载荷和速度对磁流体润滑膜压力和膜厚的影响。分析结果表明:在磁流体润滑条件下,当转速不变时,压力峰值随着载荷的增大而增大,入口区压力、膜厚及最小膜厚随载荷的增大而减小;当载荷不变时,压力随着速度的增加没有明显变化,膜厚及最小膜厚都随速度增大而增加。

指数率水基磁流体滑动轴承单峰时变热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场、时变和指数率非牛顿效应的雷诺方程,对水基磁流体滑动轴承进行微观弹流润滑分析。对比稳态解与时变解,并探讨速度、载荷对水基磁流体润滑膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:考虑时变效应时水基磁流体的润滑膜的膜厚、压力和温度发生了明显变化,故在实际中不能用稳态解代替时变解;单个粗糙峰的存在,引起了水基磁流体润滑膜的局部最高压力峰和温度峰,由于局部压力峰的存在,使单个粗糙峰被迫压平,膜厚减小;随着速度的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰减小,膜厚增大,温度增大;随着载荷的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰增大,膜厚减小,温度增大。

指数率非牛顿水基磁流体热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场和非牛顿效应的雷诺方程,并且采用多重网格法和多重网格积分法,对指数率非牛顿水基磁流体滑动轴承进行热弹流润滑分析。探讨了非牛顿流体指数、磁场强度、滑滚比和曲率半径对水基磁流体弹流润滑膜膜厚和压力的影响。结果表明:在水基磁流体润滑的条件下,水基磁流体润滑膜厚随着指数的增加而减小,压力随着指数的增加的变化不明显;随着磁场强度和滑动轴承滑滚比的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚增大,压力无明显变化;随着滑动轴承曲率半径的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚减小,入口区压力增大,压力峰减小。

微形貌对水基磁流体滑动轴承弹流润滑的影响

对存在正弦型单峰、矩形型单谷和V型单谷的水基磁流体滑动轴承进行弹流润滑分析,探讨微形貌高度、深度和宽度对水基磁流体润滑膜压力和膜厚的影响。结果表明:滑动轴承存在单峰微形貌时,润滑膜出现局部压力峰,相应膜厚迅速减小;随着单峰高度的增加,润滑膜的局部压力峰逐渐增大,膜厚逐渐减小,而随着宽度的增加,局部压力峰和膜厚逐渐增大;存在单谷微形貌时,润滑膜的局部压力减小,相应膜厚迅速增大;随着单谷深度的增加,润滑膜的局部压力峰和膜厚逐渐增大,而随着宽度的增加,局部压力峰和膜厚逐渐减小。

考虑惯性力的水基磁流体润滑滑动轴承热弹流润滑分析

基于考虑惯性力的雷诺方程,对水基磁流体润滑滑动轴承进行热弹流润滑分析,并与未考虑惯性力的热弹流数值解进行比较。结果表明:水基磁流体在考虑惯性力时,入口区压力和膜厚相应增大,压力峰相应减小;随着载荷的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚和入口区压力减小,压力峰增大;随着速度的增大,水基磁流体膜厚和入口区压力增大,而压力峰减小。

水基磁流体滑动轴承热弹流润滑分析

利用考虑热效应的Reynolds方程,对不同载液磁流体滑动轴承进行热弹流润滑数值分析。探讨了载液和磁粉体积分数对磁流体滑动轴承弹流性能的影响。结果表明:酯基H01磁流体滑动轴承的压力峰最小,膜厚和弹流温度最大;烃基E03磁流体滑动轴承的压力峰最大,膜厚和弹流温度最小;水基A01磁流体滑动轴承的压力峰、膜厚和弹流温度均在前两者之间;随着磁粉体积分数增大,水基磁流体的弹流润滑膜膜厚不断增大,压力无明显变化,弹流温度不断升高。

水基磁流体轴承的微观弹流润滑分析

采用多重网格法和多重网格积分法对水基磁流体润滑轴承进行弹流润滑分析,在雷诺方程中考虑了热、非牛顿、磁场和时变的影响,探讨了粗糙度因素对弹流润滑性能的影响。分析中对比了轴-轴承双面和轴承单面带有正弦粗糙度时的润滑膜膜厚和压力的分布,并研究了双面都带有粗糙度相位不同时润滑膜压力和膜厚的分布。数值分析结果表明,两个表面都存在相同的粗糙度时,在波峰相对处的膜厚更小,压力更大,在波谷相对处的膜厚更大,压力更小;随着一个表面的粗糙峰远离另一个表面的粗糙峰时,膜厚和压力波动减小,润滑膜的最小膜厚逐渐增大,最大压力逐渐减小,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙谷相对时,膜厚和压力不在波动,最小膜厚达到最大,最大压力达到最小。然后当这个表面粗糙峰再继续接近下一个表面粗糙峰时,膜厚和压力的波动增大,润滑膜的最小膜厚又开始减小,最大压力又增大,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙峰相对时,膜厚和压力波动最大,最小膜厚达到最小,最大压力达到最大。

磁场强度对水基磁流体滑动轴承弹流润滑性能的影响分析

建立了磁流体滑动轴承的弹流润滑数学模型,利用考虑热效应的Renolds方程,采用多重网格法、多重网格积分法和逐列扫描法,对磁场作用下的水基磁流体润滑滑动轴承的弹流性能进行数值分析。对比了有无磁场作用下的水基磁流体弹流润滑数值模拟结果,并探讨了磁感应强度对其膜厚和压力的影响。结果表明,在有磁场作用的条件下,不同磁粉体积分数下的水基磁流体的润滑膜膜厚比没有磁场作用时有所增加,但压力没有明显变化;在不同磁感应强度条件下,随着磁感应强度的增加,水基磁流体润滑膜厚增加,压力没有明显变化。

水基磁流体轴承非Newton弹流润滑分析

利用考虑热效应、磁场和时变的Reynolds方程,对带有余弦粗糙度的轴和轴承表面进行水基磁流体弹流润滑分析,并探讨了在第15瞬时时,磁感应强度和磁粉体积分数对水基磁流体润滑膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:水基磁流体润滑膜的压力和温度随着磁感应强度的增大而减小,膜厚随着磁感应强度的增大而增大;润滑膜的压力和温度随着磁粉体积分数的增大而减小,膜厚随着磁粉体积分数的增大而增大。

指数率水基磁流体滑动轴承微观热弹流润滑分析

基于考虑热、磁场和指数率非Newton效应的Reynolds方程,探讨了水基磁流体滑动轴承表面粗糙峰值及波长对润滑膜压力、膜厚和温度的影响,结果表明:随着表面粗糙峰值的增大,水基磁流体润滑膜的压力、膜厚和温度的波动幅度越来越大,润滑膜膜厚逐渐减小,温升逐渐增大;随着波长的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚波动越来越稀疏,润滑膜膜厚逐渐增大,温升逐渐减小。

不同载液磁流体轴承等温弹流润滑分析

采用多重网格法对几种常见载液的磁流体润滑滑动轴承进行了等温弹流润滑分析。在等温弹流润滑中,在保证其他条件不变的前提下,粘度是影响弹流润滑性能的主要因素。数值分析结果表明,随着粘度的增大接触区润滑膜的厚度逐渐变大,并且只有在一定的范围内,油膜才会呈现出明显的劲缩现象,这也是弹流润滑的最主要特征。超出一定范围之后,随着粘度的继续增大,油膜的劲缩现象减弱,直至消失。磁流体粘度对润滑膜膜厚的影响程度要明显大于对压力的影响程度,在润滑膜的入口区随着粘度的增大压力增大,压力峰则随着粘度的增大而减小,润滑膜的膜厚和最小膜厚则是随着粘度的增加不断增加。

融合思政元素的“工程摩擦学概论”课程教学研究

面向“工程摩擦学概论”本科生课程,结合课程内容和体系设置,深入挖掘摩擦学专业课程中的育人基因和思政元素。使学生了解舰船动力装置典型摩擦副显著研究成果和技术短板的同时,树立家国情怀和勇于担当的责任感;熟悉不同因素作用下摩擦副界面摩擦学问题的同时,培养精雕细琢和精工细作的工匠精神;学习典型摩擦学数值求解方法的同时,形成多元融合和团队协作的意识;掌握典型摩擦学工程案例计算能力的同时,端正规范严谨和科学求真的态度;使用典型摩擦磨损试验设备的同时,提高理论联系实际的实际动手能力。为新时代培养专业能力强、政治素质高的高水平摩擦学课程教师队伍,以及润物无声地培育摩擦学人才提供理论指导。

含中介轴承波纹度的双转子系统振动特性分析

针对双转子系统中存在中介轴承波纹度的问题,以含变截面外转子的双转子-轴承系统为研究对象,考虑中介轴承滚动体和内、外圈滚道波纹度,基于有限元法建立了双转子-轴承系统的动力学模型,采用四阶Runge-Kutta数值解法求解方程,分析了波纹度激励对系统频谱特征和幅频响应曲线的影响。结果表明:内、外圈滚道存在波纹度时系统会出现内、外转子转频和保持架转频的组合频率,滚动体存在波纹度时系统会出现偶数倍的滚动体自转频率;考虑转子不平衡激励,外圈滚道波纹度会增大外转子主激励的共振区域的振动,且随着波纹度幅值的增加,系统的振动会在整个转速范围内增大,而内圈滚道波纹度与不平衡激励两者的振动响应会在内转子主激励的第二次共振区域出现近似同频反相的现象,系统的振动会随着波纹度幅值的增加而降低,在其他区域的振动会增大,相对于高转速区域,滚动体波纹度对低转速区域的振动特性会有较大影响。

柴油机多分支轴系动力学效应下正时齿轮断齿故障机理研究

本文以某型国产船用20V柴油机正时传动齿轮为研究对象,针对其频发的断齿故障问题,考虑各类型内外综合激励影响,对柴油机多分支齿轮传动轴系进行集总参数化弯扭耦合动力学建模,基于Newmark逐步积分法进行强迫振动响应预测,并结合实机测试数据验证模型的准确性。考虑动载荷影响对传统齿根弯曲应力载荷谱进行修正,并对故障齿轮进行了强度疲劳校核。研究表明,柴油机供油凸轮端从动正时齿轮处的响应能量峰值达到飞轮端响应能量峰值的5.2倍,说明从动正时齿轮处转速波动过大,扭振特性恶劣,此时齿根弯曲疲劳安全系数仅为1.35,处于一般可靠度范围,极易发生断齿故障。基于工程实践经验,对故障齿轮传动系统提出振动优化设计方案,提升故障齿轮的弯曲疲劳安全系数至1.61,以确保轴系安全稳定运行。研究结果从动力学角度揭示了正时齿轮断齿故障机理规律,为齿根弯曲应力精确预测与性能优化方向提供一定的理论指导,为柴油机正时齿轮轴系的振动响应分析与减振降噪提供理论支撑。

基于多轴疲劳准则的齿轮点蚀寿命预测

综合齿轮动力学和弹性流体动力润滑理论,建立基于临界平面法多轴疲劳寿命预测模型.首先根据齿轮啮合特性获取齿面接触的时变参数,采用平均滤波方法模拟齿面磨合后的粗糙状态,并将齿面粗糙形貌带入油膜厚度计算,并基于量纲化差分方法建立齿轮的热弹流动力润滑模型;随后,通过润滑界面压力和摩擦力的分布计算近表面应力状态,确定接触近表面任意平面的应力与应变幅;最终,采用临界平面方法计算Smith-Watson-Topper(SWT)参数和最易萌生裂纹的平面,最终确定齿轮疲劳点蚀寿命,并试验验证模型有效性.结果表明:粗糙表面造成压力、油膜厚度和温度等波动较大,最大应力集中分布在表面,疲劳点蚀的微裂纹首先在表面萌生;齿轮疲劳点蚀数值模型可有效预测不同润滑条件下的疲劳点蚀寿命.

船用柴油机凸轮动态摩擦学分析及型线优化设计

柴油机配气凸轮工作环境较为恶劣,工作过程中配合界面间载荷、速度及曲率半径等工况周期性变化,导致润滑接触条件苛刻,磨损情况恶劣。以某船用柴油机配气凸轮机构典型工况为算例,针对凸轮-挺柱常见的磨损问题,研究凸轮-挺柱动态接触特性;采用余弦-等速段和高次五项式对凸轮型线进行优化设计,并对凸轮-挺柱副动态接触及弹流润滑状态进行数值分析。结果表明:原凸轮磨损的原因是凸轮-挺柱副在运动周期内动态接触应力出现明显波动,最大值超过许用应力值;经型线优化设计后,凸轮-挺柱动态接触应力降到许用值以下,改善了动态接触特性,凸轮型线具有较好的润滑特性,运行过程中可保持较稳定的油膜润滑状态;凸轮转速和接触载荷的改变会直接影响凸轮-挺柱的润滑状态,尤其是随凸轮转速增大,润滑膜厚增大,压力减小,润滑接触状态明显改善。

摩擦学课程多模式驱动教学体系研究

本文针对摩擦学课程教学中出现的“缺乏课程趣味性”“授课模式单一”以及“课程工程应用效果差”等不足,开展面向工程应用的摩擦学课程多模式驱动教学体系研究。建立从日常生活到高科技发展的摩擦学课程感性趣味提升教学技术,发展经典案例驱动下的摩擦学课程教学模式,研究基于重大科研项目的摩擦学课程教学思路,探讨辅助模拟试验条件下的摩擦学课程教学方法,形成面向工程应用的摩擦学课程实践教学体系,力争塑造全方位摩擦学人才。