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。

基于IA-VMD的浮环密封声发射信号降噪与特征提取

针对航空发动机浮环密封运行时,声发射信号易受外界噪声干扰,且特征信号难以提取的问题,提出一种基于免疫算法(immune algorithm, IA)和变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)的声发射信号处理方法。首先应用免疫算法对变分模态分解中的模态数K和惩罚因子α进行优化,采用样本熵为亲和度函数,得到VMD算法中的最佳参数组合。其次,对原始信号进行分解得到若干模态分量(intrinsic mode function, IMF)并计算出各个分量的相对熵,选取差异小的分量进行重构得到降噪信号。仿真信号分析表明,IA-VMD方法可以获得最佳参数,在抗噪声干扰方面具有明显优势。最后,对浮环密封声发射信号降噪并进行特征提取,结果表明,采用IA-VMD方法能够在降噪的同时最大限度保留有效信息,获得表征浮环密封主密封面碰摩状态的声发射信号,为今后浮环密封故障诊断奠定基础。

油孔数目对浮环轴承润滑静特性的影响

以浮环轴承为研究对象,基于多相流理论建立其润滑有限元模型,推导摩擦功耗、内外油膜与所接触的固体元件的温升的解析表达式;利用FLUENT求解器与其自定义函数接口(UDF)对模型进行仿真计算;综合考虑试验条件的局限性,拓展在仿真计算中的轴颈角速度范围,进一步分析宽域润滑工况下浮动环均布的油孔数目对摩擦功耗、温升、浮动环转速、端泄流量等润滑静特性参数的影响。结果表明:浮动环油孔数目的增加会在一定程度上增大轴承内间隙润滑油的注入量;浮动环油孔数目越多,端泄温升越小,内外间隙变形越小,浮动环转速越快;浮动环油孔数目对内外油膜的摩擦功耗和油膜变化率的影响较小,对浮动环转速和内外油膜的端泄流量的影响较大。该研究为浮环轴承的设计和静特性分析提供了可靠的实验依据。

浮环密封端面分形磨损有限元模拟及试验验证

针对浮环密封运行过程中高频浮动导致的密封端面磨损进而造成密封泄漏量增大的问题,建立基于分形理论的浮环密封端面分形磨损预估模型,采用ABAQUS中的UMESHMOTION子程序和ALE自适应网格技术对浮环密封端面磨损过程进行仿真模拟,通过修正的Archard磨损理论计算接触区域的磨损深度,开展浮环端面磨损的内在规律研究,并通过试验验证了有限元模型的准确性。进一步分析了浮环端面表面形貌及工况参数对磨损深度的影响,以期为浮环端面密封的设计及磨损防护提供指导。研究结果表明:浮环端面磨损深度随着分形维数D的增加而减小,但随着特征尺度G的增加而增大,当D≤1.65时,G的变化对磨损深度影响尤为显著;随着浮环端面载荷增加,其磨损深度呈现与分形维数D和特征尺度G增加有关的近似线性上升趋势;磨损循环次数的不同将形成各异的磨损深度分布,而随着循环次数的增加,石墨浮环的磨损深度逐渐上升,尤其在接触区边缘达到峰值,并在磨损区域两端出现明显的凹陷。

椭圆微织构结构参数对气膜浮环密封性能的影响

目的提高以气体作为润滑介质的织构化浮环密封的密封性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法基于气体润滑理论,建立了表征织构化密封环间隙气体流动状态的物理方程,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,以气膜浮升力最大和泄漏率最小为优选目标,分析特定工况条件下椭圆微织构孔结构参数对密封性能的影响规律,获得密封性能优良的结构参数的优选范围。结果随着转速和压力的提高均可增强动压效应,提高气膜浮升力。泄漏率随着压力的增加显著升高,但随着转速的提高缓慢下降。椭圆微织构孔几何结构参数对浮环密封气膜浮升力数值的影响因素主次顺序为:面积率>形状比>织构深度>旋转倾角。对密封装置的泄漏率数值的影响因素主次顺序为:织构深度>形状比>面积率>旋转倾角。在转速和压力分析范围内,浮环密封的润滑与密封性能受轴套表面织构几何参数的影响,推荐优先选择的椭圆织构结构参数为:形状比γ=3∶1,面积率Sp=11%,旋转倾角β=0°和织构深度ht=1μm,以获得良好的密封性能。结论微织构的存在可以改善浮环密封的密封性能,选择合适的表面织构参数能起到减摩润滑的效果。研究结果可为气膜浮环密封的加工制造提供理论参考。

基于CFD浮环轴承润滑性能仿真分析及优化设计

浮环轴承具有双层油膜、体积小、稳定性好等特点。为了得到船用柴油机浮环轴承润滑性能的变化规律,基于计算流体力学(CFD)对油膜进行数值计算模拟,并在此基础上对浮环结构进行优化设计。计算结果表明,浮环稳定运转时,滚轮转速越高,油膜表面压力越大,油膜承载力越大;不同进口油压对油膜表面压力分布并没有太大影响。

基于流固热耦合的浮环密封力学特性数值研究

考虑温度的影响,建立浮环密封力学特性流固热耦合数值求解模型,在验证计算方法准确性的基础上,研究浮环密封的流场特性,以及石墨烯、石墨、铝合金以及碳化硅4种材料的浮环密封在不同进口压力、温度时的力学特性。结果表明:浮环密封在偏心时,由于楔形间隙的存在,气流经过这种结构产生流体动压效应,在较薄的流体域一侧形成局部高压区,较厚的一侧压力无明显变化,而温度沿轴向方向逐级升高,且偏心率越大,偏心位置的温度越大;浮环密封流体域温度随着进口压力的升高而降低,因温度影响材料的属性,使得不同材料的浮环密封结构对温度会很敏感;不同材料浮环密封的变形量随进口压力的增加而减小,应变也随着进口压力的增加而减小;4种材料浮环密封的变形量与应力均随着进口温度的增加而增大。

油孔数量对浮环轴承润滑特性的影响

不同油孔数量会改变浮环轴承油膜润滑特性,从而影响转子的振动特性及稳定性。基于流动连续性方程与轴承润滑理论,推导浮环轴承油膜控制方程,揭示油孔数量与浮环轴承润滑特性之间的关系。以某型汽油机用涡轮增压器浮环轴承为例,构建浮环轴承有限元模型,基于计算流体力学方法分析油膜润滑特性,研究不同油孔数量对浮环轴承最大压力、油膜承载力及动力学特性系数的影响。结果表明:浮环油孔数量从2增长到8,内外油膜最大压力、外油膜承载力及油膜动力学特性系数下降,内油膜承载力上升;内油膜承载力在油孔数量为2时随着转速的上升而逐渐下降,在油孔数量为4时无明显变化,在油孔数量为6、8时随着转速的上升而上升;随着转速的上升,油孔对承载力的影响逐渐上升,而对最大压力及动力学特性系数的影响逐渐减小。

浮环气膜密封径向刚度数值模拟与分析

针对浮环气膜密封在运行过程中气膜刚度较低,密封副易碰磨的问题,提出了在轴套表面开设微槽提高气膜承载力进而提高气膜密封系统的稳定性。基于气体润滑理论,建立了浮环气膜密封的稳态特性数学分析模型,并采用有限差分法进行对压力场进行了求解,计算获得了浮环气膜密封的稳态特性参数,并探究了不同工况及结构参数对气膜径向刚度的影响规律。分析结果表明:随着压强、转速和偏心率的增大都可引起气膜浮升力的提高及径向气膜刚度增大,从而改善了密封系统的稳定性,其中转速为20000r/min,入口压力为0.9MPa时,偏心率取值0.6和螺旋角取值30°时,气膜承载力最佳,气膜刚度最大,可显著提升密封装置维稳和抗振性能。该研究对浮环密封系统设计提供了一定的参考。

增压器浮环轴承润滑和散热性能的影响因素研究

在以往对增压器浮环轴承润滑性能的研究中,大都忽略了转轴-浮环-轴承座之间的传热,这与实际的浮环润滑摩擦状况相去甚远,且没有研究浮环轴承的散热性能。考虑转轴-浮环-轴承座之间的热传递,建立转轴-浮环-轴承座热量传递模型,基于Reynolds方程和浮环平衡方程,建立浮环轴承润滑模型,同时对浮环轴承润滑性能和散热性能进行分析,研究浮环厚度、外层间隙、内圆宽度和外圆宽度对浮环轴承润滑和散热性能的影响规律。结果表明:减少浮环厚度可以明显改善浮环的润滑和散热性能;浮环外层间隙增加可以降低浮环温度,改善浮环轴承的散热性能;内圆宽度增加,环速比、内膜温度、浮环摩擦功耗和轴承座散热量增加;外圆宽度增加,环速比减小,轴承座散热量增加;黏压效应对浮环轴承润滑和散热性能的影响很小。

惯性项对动静压浮环径向轴承压力场的影响

利用基本简化的Navier-Stocks方程组 ,获得无惯性力流体动压润滑轴承的流速场与压力场 ,以其为近似初始条件 ,导出在迁移惯性力影响下的非定常雷诺方程 ,并在此基础上 ,利用有限元素方法 ,求解非定常雷诺方程 ,获得浮环轴承内外膜的压力场 .结果表明 :惯性力对轴承的压力分布有明显的影响 .

浮环厚度变化对浮环轴承稳定性影响的实验研究

通过对浮环减薄前后实验结果的对比分析,研究了浮环厚度变化对浮环轴承涡动及稳定性的影响,并给出了三维谱图、涡动比与转速图、典型分岔图。结果表明,浮环轴承浮环减薄引起油膜涡动力的变化,在升速过程中,减薄前的浮环轴承稳定性要好;在高速稳态运行过程中,减薄前后浮环轴承稳定性差别不大;在降速过程中,减薄前的浮环轴承稳定性要差。浮环内、外油膜半速涡动现象的涡动比分别接近于0.5与0.3。

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。

径向动静压浮环轴承-转子系统稳定性分析

以径向动静压浮环轴承-转子系统为研究对象,计入浮环质量和转子刚度建立了统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则推导了单质量弹性对称系统的稳定性判据。用有限差分计算了某高速径向动静压浮环轴承的刚度系数和阻尼系数,在此基础上得到了不同浮环质量和转子刚度下动静压浮环轴承-转子系统的稳定性曲线。计算结果表明,浮环质量对系统稳定性影响不大,而随着转子刚度减小,系统失稳转速迅速降低。该文在高速浮环轴承-弹性转子稳定性整体建模和分析方面有较大的参考意义。

圆柱浮环液体动静压轴承止推环性能的有限元分析

本文对圆柱浮环液体动静压轴承的止推环静、动态特性进行了有限元分析。提出了保证浮环正常工作的平衡条件，并据此给出了浮环轴承的设计准则；在有限元分析中求解了该轴承内、外膜压力场；用小扰动法分析了动态雷诺方程，得到内外膜的刚度系数和阻尼系数；在求得浮环静压、动压平衡的基础上，得到了该轴承的静、动态特性及稳定性参数。

计入浮环质量的轴承稳定性研究

在计入浮环质量建立轴承的动力学方程基础上,导出了其稳定性判别准则和失稳角速度的计算方法,为深入研究三维浮环轴承的稳定性奠定了理论基础。

圆柱浮环液体动静压轴承止推环性能的有限元分析(英文)

对圆柱浮环液体动静压轴承止推环的静、动态特性进行了有限元分析 ,提出了保证浮环正常工作的平衡条件 ,并据此给出了浮环轴承的设计准则 ;在有限元分析中求解了该轴承内、外膜压力场 ,分析了动态雷诺方程 ;在求得浮环静压、动压平衡的基础上 ,得到了该轴承的静。

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。

结构参数对增压器浮环轴承润滑特性和环速比的影响

基于以往对增压器的浮环轴承润滑分析中大都忽略浮环的环速比影响,或将润滑性能和环速比独立分析。该文采用数值分析方法研究了增压器浮环轴承的润滑特性和环速比,分析中考虑了转轴、浮环、轴承座之间的传热因素,基于Reynolds方程和浮环平衡方程,建立了浮环轴承润滑模型,对比分析了浮环内、外层间隙,内、外圆半径4个结构参数对浮环轴承润滑特性和环速比的影响。结果表明,实际设计浮环时,需综合考虑结构参数对浮环润滑特性和环速比的影响及影响程度;浮环内层间隙增加,环速比降低,与内层间隙0.02 mm时相比,转速60 000 r/min时,内层间隙0.04 mm时的环速比减幅达23%,内层间隙增加,内、外膜温度减小,摩擦功耗略有增加,内层间隙0.03 mm时,浮环具有较理想的润滑性能和环速比;外层间隙0.06 mm的环速比均比外层间隙0.04 mm的环速比增加30%以上,外层间隙增加,外膜温度减小,且转速越高,外膜温度减幅越大;浮环内圆半径越小,环速比越小,内、外膜温度和摩擦功耗越小,浮环润滑性能越好;浮环外圆半径增加,环速比降低,但内膜温度、外膜温度、总摩擦功耗和总端泄流量变化幅度均在5%以内,外圆半径对浮环润滑性能影响不显著;浮环实际设计时,调整内圆半径比调整外圆半径对改善浮环润滑性能更有效。

径向浮环动静压轴承稳定性研究

以径向浮环动静压轴承为研究对象,针对轴颈和浮环建立了统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则推导了径向浮环轴承的稳定性判据。用有限元法计算了某结构高速径向浮环动静压轴承的刚度系数和阻尼系数,在此基础上得到了不同偏心率下的失稳转速。由计算结果可以看出,浮环轴承具有极佳的稳定性,且随着偏心率的增加,失稳转速迅速提高。文章在高速浮环轴承稳定性整体建模和分析方面有较大的参考意义。