阶梯型螺旋槽在动压径向气体轴承的应用数值分析

改良轴承参数从而提高气体动压轴承承载力和稳定性是轴承设计的主流思路,考虑气动力学影响来改进轴承几何构型,对动压气体轴承研发具有积极的作用。为了将前台阶流的激波效应合理引入动压轴承的构型设计,文章提出一种阶梯型螺旋槽径向动压气体轴承。通过气动力学分析普通型螺旋槽和阶梯型螺旋槽的对承载力的影响,结果表明,新的阶梯槽结构更有利于提高螺旋槽轴承的承载性能,研究结果可为改进螺旋槽空气轴承设计提供有意义的参考。

人字槽径向气体动压润滑轴承特性分析

建立人字槽径向气体动压润滑轴承的数学模型,采用局部积分有限差分法在不连续求解域内推导出气体润滑Reynolds方程的差分形式,通过求解获得轴承间隙内的气膜厚度、气膜压力、轴承承载力等状态特性,并分析径向间隙、螺旋角、槽深比、槽宽比和槽数等轴承几何结构参数以及转速等工况条件变化对轴承承载能力的影响规律。结果表明:人字槽轴承的压力在圆周方向呈锯齿形分布,人字形压力带环抱在轴颈上,使轴承在各个方向上均能承载,从而提高了轴承的抗振性和平稳性;增大偏心率,减小气膜间隙,增大螺旋角,减小槽深,增加槽宽比,适当增加槽数,均可提高轴承承载力;人字槽结构能够更好地实现气体动压润滑轴承动压效应,提高了轴承的承载能力和稳定性能。

高速透平膨胀机人字槽动压径向气体轴承稳定性的研究

利用腐蚀加工法自行加工了人字槽轴承，并将其应用于高速透平膨胀机，得到了多组不同几何参数下的轴承稳定性曲线．应用有限元法进行了轴承静特性计算，并用计算结果对实验曲线进行了分析，得出了一些有益的结论．

带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承静态特性

设计带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承,运用FLUENT对其静态特性进行仿真分析,通过改变轴向微通槽深度、偏心率、气膜厚度、供气压力等参数,研究其对轴承刚度和承载能力的影响。结果表明:其他条件不变,偏心率越大,轴承刚度越小、承载能力越大;人字槽可以提升气体轴承的承载能力和刚度,主轴转速越快,动压效应越强,轴承刚度和承载能力越大;随微通槽深度增加,轴承刚度先增大后保持稳定,轴承承载能力先增大后减小,因此当微通槽深度过大时,轴承刚度变化不大,但轴承承载能力会减小。

不同雷诺数下螺旋槽径向气体轴承承载特性分析

为研究螺旋槽径向气体轴承在不同雷诺数下承载力的变化规律,建立基于Ng-Pan理论修正的气体轴承润滑模型,利用有限差分法求解该模型,得到不同雷诺数下轴承的承载特性,分析轴承几何参数和槽型参数的变化对承载力的影响。结果表明:螺旋槽径向气体轴承在非层流润滑状态下承载力大于层流润滑状态下的承载力;轴承几何参数对承载特性影响显著,其中随偏心率增大承载力呈发散式增大,且非层流状态下承载力与层流状态下承载力差距加大,随长径比增大承载力呈收敛式增加;轴承槽型参数中槽宽比、槽深比对承载特性有明显影响,随槽宽比、槽深比增加轴承承载力增加,而槽数对轴承承载力的影响并不显著,螺旋角对非层流状态下轴承承载力影响较大;轴承进口压力对承载性能有明显影响,随进口压力增大,承载力在层流状态下增加,在非层流状态下波动较大。

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。

轴颈倾斜对人字槽径向气体轴承性能影响的数值研究

由于制造误差、偏斜力矩及弹性变形等原因会导致轴颈在轴承中倾斜,使轴承气膜厚度和压力分布发生变化,会对轴承的工作性能产生影响。为研究轴颈偏斜对轴承性能的影响,通过有限元摄动法求解雷诺方程,研究轴颈偏斜角度和偏斜距离对人字槽气体轴承气膜厚度、压力场、静态和动态特性的影响,并分析轴颈倾斜对人字槽径向轴承临界质量等参数的影响规律。结果表明:轴颈偏斜距离变化对轴承静态和动态性能影响较大,偏斜角度对轴承性能影响较小;随着偏斜距离增大,量纲一承载力和临界质量均大幅减小、量纲一摩擦力矩呈现小幅下降趋势。

箔片式动压径向气体轴承的发展

本文简要回顾了气体轴承和箔片式动压径向气体轴承的历史及国内、外目前的研究状况。详细介绍了箔片式动压径向气体轴承的起源、结构形式、应用范围和理论、实验及应用研究的发展，并提出了一种新型结构形式的弹性支承箔片动压径向气体轴承。

圆锥形螺旋槽气体动压轴承的数值分析

运用有限差分法对圆锥形螺旋槽气体动压轴承的静特性进行了数值计算,并对计算结果进行了分析。结果表明:螺旋槽能很好地实现气体轴承动压效应,螺旋槽的螺旋角、槽数、槽深比和槽宽比等对轴承的承载量都有不同程度的影响。

螺旋槽动压气体轴承的多目标优化设计

以锥面螺旋槽动压气体轴承为研究对象,建立气体轴承润滑分析数学模型,求解轴承的承载力和动特性系数。建立气体轴承的承载力、刚度与稳定性的优化数学模型,采用加权极小极大优化方法对优化数学模型进行求解,得到轴承的优化结构参数。结果表明:采用加权极小极大优化方法求解轴承的结构参数,不仅可以有效地解决各目标函数分量之间相互矛盾的问题,而且使其综合性能进一步提高;权系数的选择影响轴承的综合性能,合理地选择权系数,能够提高轴承的综合性能。

含双时滞轴向槽动压气体轴承–非线性转子系统的运动分析

针对高速气体轴承-转子系统在主动控制过程中无法避免的时滞现象,建立了含有双时滞控制的三轴向槽动压气体轴承-转子系统的动力学模型。运用微分变换法求解动压气体润滑的Reynolds方程,得到了非线性气膜压力分布。基于精细积分法,构造了时滞非线性轴承-转子系统动力响应的求解方法。针对含有双时滞控制的气体轴承-转子系统,运用轨迹图、时间历程图等研究了系统的非线性响应,分析了时滞量和反馈控制增益对系统响应的影响。数值结果表明,当选取的反馈控制增益与气体轴承-转子系统的时滞量相匹配时,时滞系统的振动幅值会变小,运动将更加稳定,达到了较好的控制效果。

球面螺旋槽气体动压轴承静态特性分析

以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立了球面螺旋槽气体动压轴承的润滑分析数学模型,基于CFD技术,采用流体动力学Fluent软件,对球面螺旋槽气体动压轴承的三维气膜压力场进行分析,揭示不同转速下,轴承槽宽比、槽深比、螺旋角、气膜间隙对稳态轴承气膜压力以及承载能力的影响规律,并在此基础上,对轴承的结构参数进行了优化。结果表明,应用Fluent软件进行数值分析可以精确地模拟区域内气膜的复杂流场特性,并且转速越高,气体轴承内部的动压效应就越明显,因此合理地选择轴承结构参数和运行参数有助于改善润滑性能,提高轴承的稳态承载特性。

悬臂式挠性薄片气体动压径向轴承分析研究

本文建立了悬臂式挠性薄片气体动压径向轴承的特性分析计算方法，用差分方法耦合求解径向轴承的雷诺方程和薄片弹性变形方程。给出了径向轴承刚度、阻尼的计算方法和稳定性计算方法。计算分析了设计的悬臂式薄片气体动压径向轴承的静特性和动特性。计算结果表明，对于所有的偏心率范围和可能的工作运行范围内是恒定稳定的。

人字槽小孔节流动静压气体轴承承载特性研究

为提高动静压气体轴承的承载特性,以人字槽小孔节流动静压气体轴承为研究对象,运用流体力学理论对气体轴承的气膜流场特性和承载特性进行分析,研究不同转速时人字槽小孔节流动静压气体轴承承载力的变化规律,分析不同偏心率下人字槽槽数及几何参数对轴承承载特性的影响。结果表明:随转速的增加,人字槽产生的动压效应不断增强,轴承承载力不断提高;偏心率的增大可以提高轴承的承载力;同一偏心率下轴承的承载力随人字槽槽数的增多逐渐增大,当人字槽槽数小于10时,承载力增加较快,当人字槽槽数大于10时,承载力增加缓慢;随人字槽槽深比和槽宽比的增大承载力先升高后降低,在槽深比为2.4、槽宽比为0.55时承载力达到最高值。

新型三瓣式径向气体箔片动压轴承热特性分析

为研究新型三瓣式径向气体箔片动压轴承的温度特性,提出了考虑热特性的润滑理论计算模型.通过耦合求解非等温Reynolds方程和气膜能量方程,并计入转子的离心效应和热膨胀量对轴承间隙的影响,运用数值模拟的方法求解出轴承内气膜温度分布,研究轴承载荷、转速和冷却气流量等因素对轴承温度的影响.计算结果表明:气膜温度峰值位于压力峰值的下游位置;气膜温度随轴承载荷和转子转速的增加而递增,相较于转速对气膜温度的影响,轴承载荷的影响并不明显;往轴承箔片结构内通入冷却气流可以起到明显的降温效果,且轴承温度随冷却气流的上升先迅速下降后逐渐平缓.

气体径向轴承弹性均压槽力学性能分析

设计了一种新型高刚度动静压气体径向轴承。建立了弹性薄板可变均压槽的数学模型,并通过有限差分法、AN SY S软件分析、解析法等不同的方法对可变均压槽的力学性能进行分析对比。结果表明,利用有限差分法对弹性薄板变形进行数值分析是可行的。

一种有效的动压气体径向轴承承载力数值解法

考虑动压气体径向轴承中气膜压力变化小的特点,对润滑Reynolds方程的非线性项进行适当近似,得到线性Reynolds方程。利用有限差分法求解该近似Reynolds方程,得到动压气体径向轴承的压力分布,分析气体径向轴承性能,计算得出轴承承载力的大小,并与文献中的实验数据进行比较。与直接数值解相比,该数值解计算结果与实验数据吻合较好。

螺旋槽气体轴承窄槽理论方程的扰动系数修正及润滑特性分析

为了提高螺旋槽径向气体轴承理论性能预测的准确性,推导并建立关于轴承的窄槽理论润滑方程,在利用扰动法分析轴承润滑特性时,对原有窄槽理论方程中槽型相关系数的扰动系数进行修正,建立窄槽理论-扰动模型,数值求解得到轴承的静动态特性参数,并将扰动系数修正前后得到的轴承特性参数与实验数据进行对比。结果表明:利用扰动法与窄槽理论相结合分析螺旋槽气体轴承的润滑特性时,模型修正前后对于承载力影响较小,对于动态特性参数的影响较大;涡动偏心率对轴承静态承载力影响很小,对动态特性参数有显著影响,因而在利用修正模型进行轴承特性参数计算时,涡动偏心率取值建议小于0.1。模型修正后,动态特性参数计算结果更加贴近实际测量值,提高了窄槽理论-扰动模型求解轴承润滑特性的准确性。

双向均压槽节流静压气体轴承静态特性分析

为进一步优化径向静压气体轴承的静态性能,提出在传统小孔节流的基础上配合开设轴向和周向均压槽的复合节流式静压气体径向轴承。利用Fluent软件对比分析传统孔式节流与不同形式复合节流静压气体轴承的静态特性,探究均压槽截面形状及供气压力对轴承静态特性的影响规律;利用正交试验探究节流器各结构参数对承载特性的影响。结果表明:复合节流式静压气体轴承在一定程度上提升了轴承的静态性能,其中均压槽以“口”字形布置以及截面形状为矩形时效果最优;供气压力的增大也可提升轴承静态特性;节流孔直径和均压槽深度对轴承静态特性的影响要大于节流孔深度和均压槽宽度,节流孔直径以及均压槽深度的增大均使得承载力与刚度呈现出先增大后减小的趋势。

轴径转速对多箔片气体动压径向轴承静特性的影响

基于对Reynolds方程和动压气膜厚度方程,运用中心差分法和Newton-Raphson迭代法进行耦合求解数学模型,在Matlab软件中对理论分析进行编程求解,给出了多箔片气体动压径向轴承静特性的求解方法,确定箔片轴承基本参数,计算分析动压轴承的静特性,通过不同的轴径转速对动压轴承的气膜压力、箔片变形、承载力和姿态角的影响展开研究,得到了多箔片气体动压径向轴承随轴径转速的变化规律,为多箔片气体动压径向轴承的实际工程应用提供参考。