计入气穴影响的径推联合动静压浮环轴承稳定性研究

研究了计入气穴影响的径推联合动静压浮环轴承的动态性能和稳定性。给出了控制径推联合浮环动静压轴承内、外膜的气油两相流变密度、变黏度无量纲动态Reynolds方程及压力边界条件和深腔流量平衡方程;用有限元法对不同转速、不同偏心率下含气率为0和0.1的内外油膜进行了有限元计算,得到各部分的刚度系数和阻尼系数;计算了该径推浮环轴承的稳定性参数。结果表明:气穴使得径向、推力内外层油膜的刚度系数和阻尼系数均有所下降,随着偏心率的增大及转速的提高,气穴的影响程度减小;气穴使得轴承的无量纲临界转子质量降低,因此在供油压力急剧变化时必须考虑气穴的影响。

浮环质量对动静压浮环轴承稳定性的影响

从浮环动静压轴承相互作用的力学模型出发,推导出了考虑浮环质量时浮环动静压轴承的等效阻抗,在此基础上,建立了利用等效阻抗法分析浮环轴承稳定性的理论依据,并给出了算例。

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。

气穴现象对动静压浮环径向轴承压力场的影响研究

由Navier-Stokes方程得出计入惯性项的变密度、变粘度的深浅腔动静压浮环径向轴承的内、外油膜无量纲非定常Reynolds方程,给出深腔压力边界条件和流量边界条件,对不同偏心率下不同含气率的内、外油膜压力场进行了分析。计算表明,深腔气穴使动静压浮环径向轴承的内、外油膜的压力峰值下降,在小偏心率下影响较为明显,对内油膜压力峰值的影响大于外油膜。

基于ANSYS的浮环动静压轴承中浮环的有限元分析

基于ANSYS建立了浮环的实体模型、网格划分、加载承载力和约束条件,求解得到浮环的应力和应变结果。仿真结果表明:当主轴转速不太高、偏心率不大时,浮环的变形量极其微小,对轴承油膜厚度影响可以忽略不计,将浮环看作刚体可以满足要求;而当转速较高、偏心率大于0.6时,必须考虑浮环变形量对油膜厚度的影响。

内外膜独立供油径向浮环动静压轴承静特性优化分析

动静压浮环轴承在高速、超高速旋转机械中的应用非常广泛,轴承的摩擦功耗是制约转子性能的突出因素。本文利用有限元法和复合形法对内外膜独立供油的径向浮环动静压轴承静态性能进行了优化分析,在保证浮环平衡的基础上,以单位承载力下摩擦功耗最小作为优化目标,对供油压力和轴承重要结构参数进行了优化,得到了供油压力、浅腔深度等重要设计参数的最优值,优化结果对于降低高速轴承的摩擦功耗和温升具有重要意义,同时对浮环轴承的结构参数设计有较大的参考价值。

浮环动静压轴承的稳定性研究

动静压浮环轴承因具有承载能力高、结构紧凑、摩擦功耗低等优点 ,常被用作高速旋转设备的支撑系统。但当转子高速旋转时 ,轴承的油膜就成为转子系统丧失稳定性的原因之一 ,本文在建立内外膜相互作用力学模型的基础上 ,采用Routh Hurwitz判别法等方法 ,推导出浮环动静压轴承的稳定性判别准则和失稳加速度的计算公式 。

计入浮环质量的浮环动静压轴承稳定性分析

以径向浮环动静压轴承为研究对象,将浮环质量考虑在内,建立轴颈和浮环的动力学方程;用Routh-Hurwitz准则推导径向浮环轴承的稳定性判据;用差分法计算某结构高速径向浮环动静压轴承的刚度系数和阻尼系数,得到不同偏心率下的失稳转速,并探讨浮环质量对轴承稳定性的影响。结果表明:浮环质量对轴承稳定性有一定影响,且影响随浮环质量与转子质量的比值增大而增大;考虑浮环质量会使得相应的失稳转速有所降低,且降低幅度随偏心率先增大后减小。

计入气穴影响的径推浮环轴承静特性研究

给出了控制径向推力联合浮环动静压轴承内、外层油膜的气油两相流变密度、变粘度无量纲非定常Reynolds方程及压力边界条件和深腔流量平衡方程,对不同偏心率下含气率为0和0.1的径向、推力部分内外油膜进行了有限元计算,得到压力分布及各静态特性曲线。结果表明,小偏心率时深腔气穴对轴承性能影响较为明显,使径向油膜压力峰值下降20%以上,轴向油膜压力峰值下降10%以上,并使浮环轴承径向、轴向部分的承载力、摩擦功耗减小,流量增大。随着偏心率的增大及转速的提高,气穴的影响程度减小。

有限元与优化在联合轴承求解中的运用

有限元素法以其独有的优点在流体润滑求解中得到广泛的运用 ,但在径向推力联合动静压浮环轴承 (以下简称联合轴承 )特性求解时 ,常面临迭代收敛速度相当缓慢的问题。本文给出了一种新的求解方法 ,即求解过程中综合运用有限单元法与优化方法 ,以加快收敛速度 。

THE STATIC PERFORMANOE AND PARAMETER STUDY OF FLOATING-RING HYDRODYNAMIC THRUST BEARINGS

In this paper, floating--ring thrust bearings are investigated. A mathematical model is established to analyze the static performance of this kind of bearings, such as the load capacity, frictional power loss, temperature rise as well as the angular speed ratio between the floating ring and runner.Meanwhile, a parameter study is also conducted on the characteristics of floating-ring thrust bearings.Finally, the theoretical calculation results are verified by experiments.