Ti-6Al-4V六槽深浅腔动静压轴承刚度数值分析

针对传统材料制造的动静压轴承刚度较差的问题,提出一种基于Ti-6Al-4V材料制造六槽深浅腔交错分布的动静压轴承。利用ANSYS有限元软件建立六槽深浅腔动静压轴承流固耦合模型,研究轴径间隙、转速以及偏心率对QSn4-3轴承和Ti-6Al-4V轴承刚度的影响规律。结果表明:钛合金材料制成的轴承刚度优于传统锡基合金材料制造的轴承,各工况参数中,轴径间隙对轴承刚度的影响最为显著,其次是偏心率。该研究可为钛合金滑动轴承的数值模拟和设计提供参考。

冲击载荷下动静压轴承特性变化分析

为研究冲击载荷作用下动静压轴承特性变化,以深腔和浅腔组合的动静压轴承为研究对象,建立动态时变Reynolds方程、膜厚方程、转子动力学方程及边界条件的耦合模型。采用有限差分法和欧拉法计算冲击载荷作用下油膜压力分布等参数,并分析冲击角度、长径比及半径间隙等因素对动静压轴承轴心轨迹、承载力等参数的影响。结果表明:方向相反、幅值相等的冲击载荷使得动静压轴承承载力和轴心轨迹呈现对称变化趋势;动静压轴承长径比越大,冲击载荷下承载力峰值变化越小;半径间隙越小,冲击载荷下承载力峰值变化越小。因此降低半径间隙、提高长径比有利于提升动静压轴承的抗冲击能力。

考虑流固耦合作用的超高速液体动静压轴承油膜特性研究

考虑润滑油的黏温效应对动静压滑动轴承的影响,建立超高速液体动静压滑动轴承的油膜-轴瓦流固耦合模型,采用计算流体动力学(CFD)方法求解连续性方程、能量方程和Navier-Stokes方程组得到动静压轴承油膜的压力场和温度场;采用双向流固耦合分析方法对动静压轴承进行计算,分析轴承弹性形变对油膜特性的影响。结果表明:动静压轴承的油膜压力和最大形变量均随着转速的升高以及供油压力的增加而增大;提高供油压力可以加剧润滑介质的流动,从而在一定程度上降低油膜温度;考虑流固耦合作用之后,动静压轴承的实际承载力和油膜压力均一定程度上减小。

浮环弹性变形对浮环动静压轴承润滑特性的影响

浮环轴承在高速工况下运行时,浮环表面在油膜压力作用下会发生弹性变形,影响轴承润滑性能。针对带有深浅腔的浮环动静压轴承,采用有限元法和有限差分法耦合求解油膜Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,采用变形矩阵法求解弹性变形方程,计算浮环弹性变形分布;在浮环平衡的基础上,分析浮环变形对环速比、油膜承载力、端泄流量等润滑特性参数的影响。结果表明:浮环弹性变形分布与油膜压力分布呈现一致性,转速越高,偏心越大,变形越明显;考虑浮环弹性变形,浮环达到平衡状态时,内膜偏心率增加,环速比减小,轴承承载力与摩擦力矩均有所增加;由于浮环变形对内、外膜间隙及流动液阻的不同影响,使得内膜端泄流量增加,外膜端泄流量减少。

磨床电主轴动静压轴承静动特性的理论研究

针对精密磨床电主轴的高精度设计需要,采用动静压轴承作为支承轴承,动静压轴承采用四油腔小孔节流结构。文章分析了动静压轴承的结构和使用工况,给出了动静压轴承的静动特性的理论计算方法,分析了节流孔径d和油腔面积A对静动特性的影响,静特性包括承载力F和流量Q,动特性包括刚度系数k和阻尼系数c。研究结果表明:随着d的增大,F先增大后减小,在d为0.5 mm时达到最大值;Q随d的增大而增大,且增大的趋势逐渐变缓;F随A的增大呈线性增大,当A大于1 000 mm^(2)之后F开始减小。Q随着A增大而增大,但增大趋势有递增迹象;主刚度k_(xx)随着d的增大先增大后减小,在d为0.5 mm时达到最大值,k_(yy)随着d增大而减小,但在d为0.5 mm之后的减小趋势放缓;随着A的增加,两个方向主刚度k_(xx)、k_(yy)均近似线性增大,k_(xx)在A大于1 000 mm^(2)时达到最大值,交叉刚度k_(xx)随着A增大而递减,但在递减趋势逐渐平缓。

气体动静压轴承结构参数的优化设计

对于狭缝节流人字槽气体动静压轴承,其结构参数对轴承静态特性影响较大。对此,通过四因素三水平正交试验,以人字槽宽度b、深度hg及狭缝深度H、宽度Z为四因素,以四种参数的三个取值为三水平,构成正交表。采用Fluent、ICEM、Solidworks三种软件对正交表各组合的人字槽狭缝节流动静压气体轴承分别建立三维模型、网格划分及仿真分析。通过仿真结果,采用灰色关联分析法对与轴承静刚度、静承载力最为紧密的轴承参数组合及各组参数对轴承静刚度、静承载力的影响程度进行分析,为动静压气体轴承结构参数设计奠定了基础。

基于动网格模型的液体动静压轴承刚度阻尼计算方法

针对雷诺方程不能反映高速油流周向惯性效应、轴颈周向动压效应和静压扩散效应之间的非线性耦合关系及其对三维流场特性的影响,进而导致动静压轴承刚度阻尼的计算精度难以满足高转速精密轴承设计需要之现状,提出基于纳维-斯托克斯方程的动网格计算轴承刚度阻尼新方法。该方法采用自定义程序实现轴颈的旋转速度、位移扰动和速度扰动以及扰动过程中油膜力的计算等功能,成功将轴颈的旋转动边界转换为静边界,有效避免因轴颈旋转引起的网格畸变,并利用弹簧光顺模型更新轴颈受速度扰动和位移扰动引起的油膜网格挤压变形。通过对比研究瞬态和稳态条件下油膜力的变化,界定计算刚度阻尼系数时速度扰动和位移扰动的合理取值范围。利用所提出的方法计算典型轴承的刚度阻尼系数,再现动静压轴承油膜厚度和三维流场压力分布的动态发展过程,并采用影响系数法对该轴承的刚度系数进行试验测试。通过对比试验数据和动网格计算结果发现两者基本吻合,表明所提出的计算方法是有效可行的。

水润滑高速动静压轴承试验研究

研究了动静压轴承在水介质润滑和高速、高压极端工况条件下,最小液膜厚度和流量等性能参数的变化情况,并将其与理论预测结果进行比较.结果表明,水润滑动静压轴承在高速时能够稳定运行,且形成完整的润滑液膜,没有出现明显的汽化及汽蚀现象,试验后轴承表面涂层基本完好.试验结果显示出轴承的承载能力和流量主要取决于供水压力,这与理论预测结果基本一致.

小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性解析研究

小孔节流深浅腔动静压轴承是一种采用小孔节流器实现节流作用及浅腔实现二次节流作用的动静压混合轴承。针对现有理论不能解析研究油腔结构参数及工作参数对承载特性影响规律的不足，以及计算流体力学数值仿真软件计算时周期长，而不便于工程设计人员应用的缺点，基于油腔压强分段线性化的思想，建立分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压强、承载能力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的解析方法。进而以该方法研究动静压轴承的供油压强、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对轴承承载特性的影响规律。研究发现，在其他结构参数及工作参数一定的条件下，浅腔深度为初始油膜厚度的2～3倍时，轴承刚度接近最大、温升接近最低。通过油腔压强的解析值与试验值的比较，证实了该方法的有效性和研究结果的正确性。

几种低粘度润滑介质下动静压轴承的性能分析

以火箭发动机涡轮泵为典型应用背景 ,研究空间工程低粘度非油润滑滑动轴承 ,运用数值方法计算、分析了多种润滑介质下动压、纯静压、动静压润滑性能 ,结果表明 :就承载能力而言 ,粘度相对较大时动压轴承较佳 ,粘度相对较小时动静压轴承较佳 ,但轴承的选型需综合考虑多项轴承性能及应用的特定要求。文中提供了轴承承载能力、流量、功耗等关键性能参数的计算结果和详细的对比分析 ,为深入研究火箭发动机涡轮泵滑动轴承的可行性提供了基础 。

基于FLUENT的液体动静压轴承的动态特性分析

应用计算流体力学软件FLUENT对超高速磨削用五腔动静压轴承进行动态特性研究,得到动静压轴承内部压力场和温度场分布;计算轴承的承载力、温度、刚度、阻尼等动态参数,分析这些动态参数与偏心率以及转速之间的关系。结果表明:在保持供油压力和轴承偏心率不变的情况下,随着转速的提高,油温上升,轴承承载力及偏位角不断增大;在保持供油压力和主轴转速不变的情况下,随着偏心率的增大,轴承流量有所减少,轴承的承载能力不断增大,偏位角基本保持不变。

圆锥浮环动静压轴承动态特性理论研究

对一种新型结构的滑动轴承———圆锥浮环动静压轴承的动态特性进行理论分析和数值计算。首先给出内、外膜的动态雷诺方程和边界条件 ,应用有限元得到内外膜 3 6个刚度系数和阻尼系数 ,在此基础上分析该轴承的稳定性 ,计算其稳定性参数。结果表明该轴承具有稳定性好 ,易于实现主动控制的优点 。

圆锥浮环动静压轴承有限元解和试验研究

将静压支承原理和圆锥动压浮环轴承结合起来，提出了一种新型结构的滑动轴承——圆锥浮环动静压轴承，并对此进行了理论分析，有限元计算和试验研究。导出了基本微分，积分方程组，提出了保证浮环启动的设计准则，较好地解决了数值计算中的多重迭代和快速收敛问题，讨论了不同条件下的轴承性能，揭示了轴心，环心，环轴速比等的变化规律，理论计算和试验取得了较好的一致，并表明，该轴承兼具圆锥，动压，静压，浮环滑动轴承之优点，在高速旋转机械领域将有广阔的应用前景。

基于FLUENT的液体动静压轴承数值模拟

针对多油腔动静压轴承压力油流动的复杂性,使用计算流体动力学软件FLUENT对液体动静压轴承压力场、温度场的分布进行研究,得到了动静压轴承内部压力场、温度场的分布,并进一步分析了承载力与偏心率的关系.

有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计

针对小孔节流深浅腔动静压轴承的性能优化问题,基于平行平板扩散流动计算模型及流量守恒原理,推导了微元控制体边界压力的插值函数,提出了分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压力、承载力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的有限体积计算方法。使用该方法研究了供油压力、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性的影响规律,从而得到了以上相关参数的优化区间。在此基础上,采用四因素三水平的正交试验法,在满足多目标性能最优的前提下,得到了小孔节流深浅腔动静压轴承结构参数与工作参数的最优组合。以该组参数试制了小孔节流深浅腔动静压轴承并建立了试验平台,测量了不同转速及供油压力下油腔的压力值。试验结果表明,轴承油腔压力试验数据及理论计算值随主轴转速的变化趋势一致;误差在11%以内。验证了有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计方法的正确性。

动静压轴承油膜温度场特性分析与实验研究

以具有深浅腔的动静压轴承为研究对象,基于GAMBIT对油膜进行网格划分并建立三维有限元模型,编写纳入Reynolds边界条件和实现偏位角迭代的UDF程序。通过FLUENT仿真得到该动静压轴承不同工况下油膜的温度场分布,计算和分析表明油膜温升随主轴转速和偏心率的增加而迅速提高,且转速增大,温度峰值沿轴颈旋转方向逐渐后移。搭建实验台并测量试验轴承不同位置的温度,并与FLUENT计算结果进行对比,结果趋势一致。

高速动静压轴承支承主轴系统动特性测试研究

以自行设计的高速主轴水润滑动静压轴承为基础,采用不平衡质量法识别出转子系统支撑轴承的动特性系数,通过轴承性能测试实验得到了供水压力、主轴转速等运行参数对轴承-转子系统动特性的影响.结果表明:轴承-转子系统动特性系数随系统供水压力和主轴工作转速的增加而增大;在供水压力较低时,工作转速对轴承动特性影响较小;当供水压力升高到一定程度时,工作转速对轴承的动特性产生较大影响,此项研究对轴承-转子系统结构参数的改进以及不同工况下最佳运行参数的确定具有一定的指导意义.

基于FLUENT的深浅腔动静压轴承油膜压力研究

以具有深浅腔的动静压轴承为研究对象,基于Gambit对油膜进行网格划分并建立三维有限元模型,通过FLUENT仿真得到不同偏心率和转速下轴承的油膜三维压力场分布和静特性参数。计算结果表明:深浅腔动静压轴承在每个浅腔处油膜出现压力峰值,且承载力随偏心率和转速的增加而增加。该仿真方法计算结果与文献数值计算结果相吻合,为进一步研究动静压轴承的其他性能提供了一种新的方法。

基于CFD的深浅腔液体动静压轴承承载特性研究

针对工程上常用的雷诺方程假设条件较多,计算精度尚不能满足高速精密轴承设计需要的局限,采用基于N-S方程的CFD软件研究了深浅腔液体动静压轴承工作参数和结构参数对轴承刚度、流量和温升的影响规律,并对轴承刚度进行了实验研究。经理论与实验分析证实,轴承刚度理论值与实测值两者吻合较好,从而证实了基于CFD软件分析结果的可靠性和分析方法的可行性。

多种节流形式的动静压轴承有限元—优化分析

在动静压轴承有限元分析的基础上对其不同的节流形式进行了优化计算 ,建立了有限元—优化迭代的计算模型 ,给出了浅腔相当节流比和相当节流液阻的计算方法 ,编制了计算机程序 。