微极性流体螺旋槽径向轴承油膜稳定性

给出了以微极性流体为润滑剂的径向滑动轴承油膜压强摄动方程 ,并采用有限元法研究螺旋槽径向轴承油膜稳定性 .在此基础上计算了螺旋槽径向轴承油膜刚度系数、阻尼系数和不涡动的转子临界质量 .微极性流体的特性由耦合数和分子特征长度两个参数决定 .研究表明 ,微极性流体螺旋槽径向轴承比一般牛顿流体为润滑剂的轴承油膜具有更好的稳定性 .高耦合数时 ,润滑油膜厚度和微极性流体分子特征尺度的比值越小 ,轴承油膜的稳定性越好 .

高性能磁盘机中螺旋槽径向轴承的自由边界

在自密封的螺旋槽径向轴承中 ,轴承间隙实际上并没有全部充满润滑油 ,形成了气液界面——自由边界 .自由边界不仅会影响轴承的承载力和稳定性 ,更重要的是会影响动密封性 .本文开发了求解径向轴承自由边界的数值方法 ,给出了仿真结果并讨论轴承参数对自由边界的影响 ,为更精确地计算承载力等特性以及优化设计打下基础 .

微极性流体润滑剂的螺旋槽径向轴承动力特性

本文采用算子分裂/有限元法解广义雷诺方程,研究微极性流体润滑剂的螺旋槽径向轴承承载力、摩擦阻力特性。油膜空泡采用全润滑区质量守恒的Elrod算法。微极性流体的粘弹特性由耦合数和分子特征长度两个参数决定。计算结果显示:(1)高耦合数的微极性流体螺旋槽径向轴承比一般牛顿流体为润滑剂的轴承具有较高的承载力,摩擦阻力略有增加。(2)在高耦合数条件下,润滑油膜厚度和微极性流体分子特征尺度的比值越小,轴承的承载力和摩擦阻力越大。本文研究表明,选用合理参数的微极性流体为润滑剂,可以提高螺旋槽径向滑动轴承的承载力。

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。

不同设计参数下螺旋槽径向液体润滑轴承油膜稳定性的比较计算

采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法求解油膜压力的雷诺方程和扰动压力的摄动方程，并分析了螺旋槽径向液体润滑轴承油膜的动态性能．采用逐步修正的迭代法实现正压力区和油膜破裂区交界处的雷诺边界条件．在不同参数下比较了螺旋槽轴承油膜不产生涡动的转轴临界质量Ｍｃ，并进行了参数的比较计算．发现合理地选择参数可以得到良好的油膜稳定性。

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。

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。

曲面微槽在螺旋槽动压径向空气轴承中应用的数值研究

目前对于螺旋槽轴承的轴承参数及其稳定性、承载力的数值关联研究较多,以此为设计提供数据支持。由于螺旋槽轴承的应用范围越来越宽泛,需要考虑的因素就越来越多。随着多轴精雕机床加工微曲面的能力增强,使曲面曲边微槽代替传统的直面直边微槽成为可能。本文设计了一种新型曲面槽结构,应用计算流体动力学(CFD)技术对改进前后的微槽型结构进行了对比,证明了新型的槽型结构更有利于提高螺旋槽轴承的承载力和稳定性。本研究结果可为改进螺旋槽空气轴承的设计提供参考。

螺旋槽液体润滑轴承油膜压力的算子分裂法计算

采用算子分裂法 (Operator- splitting method)求解满足 JFO空泡压力边界条件和全油膜质量连续性的广义雷诺方程 .润滑油膜流动由剪切流动和压力差流动两部分组成 .先采用算子分裂法的迎风差分法求解剪切流动分量 ;再采用质量集中的有限元法求解压力差流动 .结果表明 :由算子分裂法得到的一维滑块轴承数值解与基于 Elord算法的结果一致 .同时还计算了人字型螺旋槽液体润滑轴承的压力分布、承载力和偏位角 .由算子分裂法计算得到的油膜承载力比基于雷诺压力边界条件的承载力偏大 ,而偏位角偏小 .同时还发现 ,在大偏心 (ε≥ 0 .5 )时空泡区的剪切流动对油膜压力有影响 。

基于SA-CFPSO算法的螺旋槽径向气体轴承槽型参数优化

螺旋槽径向气体轴承的性能与槽型参数密切相关,最佳槽型参数的理论数据集对于轴承的研发设计极其重要。为获得承载力最大和多目标性能最佳的槽型参数理论数据集,通过数值计算得到轴承承载力的数值解,并以承载力为目标函数,建立气体轴承的最大承载力优化模型,利用混合模拟退火和带压缩因子的粒子群算法(SA-CFPSO)求解优化模型,得到轴承在不同长径比和偏心率下的最佳槽型参数。通过与文献试验和理论数据对比,验证了该数值方法和SA-CFPSO算法寻优的准确度和效率。优化结果表明:轴承的最佳槽长比和槽宽比小于0.5,最佳槽深比在2.7左右,最佳螺旋角在0.45~1 rad之间。在压缩数较小时,相较于普通圆柱轴承,表面开槽对于轴承承载力的影响并不明显,当轴承的长径比或偏心率增大时,最佳槽型参数的数值变化较为明显。