环面节流静压圆盘止推气体轴承的动特性计算

通过引入无穷小半径的概念,解决了具有整体圆盘的环面节流静压圆盘止推气体轴承中心点保角变换不存在的数学困难。借助小参数摄动和伽辽金有限元法,给出了求解柱坐标系下二维非定常雷诺气体润滑方程的一种近似解法,从而建立起分析沿气膜高度方向上该结构圆盘止推轴承动态特性的一类理论方法。在结构参数和供气压力不变的情况下,轴承的动态特性随气膜间隙高度以及摄动频率的变化而变化。

多供气孔静压圆盘止推气体轴承的参数设计

采用工程计算方法研究了按最大静刚度准则设计多供气孔环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数的基本过程,详细讨论了供气孔数和供气孔直径参数对轴承静态性能的影响。随供气孔直径的增大,轴承消耗的体积流量增大,承载力也随之增大,但小气膜高度时增加值较小,大气膜高度时增加值较大,且轴承的最大静刚度逐渐减小。大的供气孔直径,可使轴承在更大的气膜高度下工作。供气孔数对轴承性能的影响与供气孔直径参数相似。理论优化的结果表明,圆盘内径参数应尽量取小值,供气孔分布圆半径应取圆盘内外径的均方根。对不能采用理论优化的几何参数,在数值分析的基础上,给出其合理取值范围。供气孔直径应在0.4-0.8 mm范围内取值,供气孔数应在5-8范围内取值。

最大刚度下单孔静压圆盘止推气体轴承的参数优化

根据已知承载力求最大静刚度的设计准则,采用不可压缩流简化方法,推导出显含圆盘止推轴承结构参数的等效刚度计算式。图解法分析结果表明,轴承的最大刚度点位于设计平面内稳定性约束条件和供气孔直径约束条件的交点;数值优化计算的结果与图解法一致,计算方法可行。

基于静特性分析的环面节流静压圆盘止推气体轴承参数设计

用保角变换有限元方法研究环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数对其静特性的影响。结果表明,对承载力和流量影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对静刚度值影响较大的参数是无量纲供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。依照优先考虑静刚度指标兼顾流量、承载力指标的设计原则,得出较佳的几何参数取值范围。

环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究

为提升气体静压止推轴承的静态性能,设计一种新型环形多孔气体静压止推轴承。依据气体润滑原理、采用有限体积法对环形多孔气体静压止推轴承的三维物理模型进行数值模拟,研究节流器上节流孔数量、直径、分布方式和供气压力对气体静压止推轴承静态性能的影响。结果表明:节流孔数量对环形气体静压止推轴承的承载力影响显著,但孔数增加到一定程度后承载力增速放缓;节流孔直径对承载刚度影响较大,随着节流孔直径逐渐减小最佳刚度逐渐增大;节流孔排布方式和供气压力对气体静压止推轴承的静态性能均有明显影响。

基于分离变量算法的静压止推气体轴承节流孔特性研究

首先基于分离变量算法(method of separation of variables, MSV)求解了单节流孔静压气体轴承的层流边界层方程,研究了节流孔附近流场特性,阐明了节流孔出口附近压降现象是由于惯性效应导致,并研究了轴承几何参数和供气参数对压降现象的影响规律。最终提出了压降现象产生的临界条件为压比为0.940 9,也即压比大于临界压比时,压降现象消失。其次基于质量流量相等原则,结合层流边界层的MSV方法及雷诺方程的解析算法,提出了一种计算节流孔系数的新方法,并研究了轴承的几何参数及供气参数对节流孔系数的影响规律。结果显示,节流孔系数存在着参数敏感和不敏感区域,这是由于当压比小于等于0.6左右时,节流孔系数趋近于一个常数0.86左右。

不对中气体箔片微织构止推轴承静态特性分析

为了研究不同形状微织构的分布方式、数量、密度、摆放角度与深度等对不对中气体箔片止推轴承承载性能的影响,结合逐点超松弛迭代法(SOR)与有限差分法(FDM)求解气体箔片止推轴承Reynolds方程,通过MatLab仿真计算得到不同微织构参数下轴承的承载力与摩擦力矩等。计算结果表明:微织构分布于止推轴承基座区与楔形区交界处时,相较于其他分布方式,轴承承载力均明显提高;不同形状微织构的最大截面沿止推轴承径向方向摆放时,轴承性能改善最佳。研究表明:存在最优的微织构数量、密度与深度,可使止推轴承在较小的摩擦力矩下有更高的承载性能;相较于无微织构轴承,椭圆形微织构在最优微织构参数下可使轴承其承载力提升41.22%,摩擦力矩降低0.81%。

S-CO_(2)介质止推箔片气体动压轴承特性研究

针对超临界二氧化碳(SupercriticalCarbon Dioxide,S-CO_(2))润滑波箔型止推箔片气体动压轴承,通过反向传播(Back Propagation,BP)神经网络算法提出S-CO_(2)的物性模型,并考虑轴承工作时的非理想气体效应,提出考虑湍流效应气体润滑模型、箔片结构力学模型和气膜平均温升计算方法,对止推箔片气体动压轴承的静动态特性进行研究,并分析不同结构参数对箔片气体轴承静动态特性的影响规律.结果表明,本文提出的物性模型准确度高,相关系数高达99.997%.以S-CO_(2)为润滑介质的止推箔片气体动压轴承具有更高的承载力,且在适当范围内减小最小初始气膜厚度或增加膜厚比可以提高轴承的承载力.以S-CO_(2)为介质的止推箔片气体动压轴承的动态刚度系数和动态阻尼系数均远高于常温常压空气介质下的止推箔片气体动压轴承.随着最小初始气膜厚度减小,轴承的动态刚度系数和动态阻尼系数均迅速增加.

氢气透平膨胀机静压止推轴承参数设计研究

为了提高应用于氢气透平膨胀机中的氢气静压止推轴承的静态承载特性,建立了带均压槽的单排环形供气小孔静压止推轴承模型。应用Fluent软件进行仿真计算,分析了节流孔深度、节流孔数目、节流孔分布圆半径、节流孔直径对于轴承静态承载特性的影响。与文献实验值进行对比,验证了仿真模型以及方法的有效性。结果表明,为保证最好的轴承静态承载特性应选择合理的气膜厚度,增大节流孔深度可以减少轴承最大耗气量,节流孔分布圆半径为R=/R_(1)R_(2)时静态承载特性最好,减小节流孔直径以及节流孔数量可以减少轴承耗气量并且增大气膜最大刚度,但会降低轴承承载力与大气膜厚度下刚度。

动静压混合气体箔片止推轴承静态特性研究

动静压混合气体箔片止推轴承具有优良性能,但目前针对其研究报道较少。对此,提出了该轴承的模型,并针对其静态特性和流弹特性开展了数值研究。基于MATLAB软件建立了动静压混合气体箔片止推轴承静态特性的双向流固耦合数值预测方法。计算分析了不同转速、供气压力、供气孔布置位置下的箔片变形,静态载荷和摩擦力矩,获得了运行参数和供气孔位置对动静压混合气体箔片止推轴承静态特性的影响规律。结果表明:增大供气压力对摩擦力矩的影响较小,但会增大轴承轴向载荷,升高转速会导致轴承摩擦力矩明显增大;供气孔布置位置对动静压混合气体箔片止推轴承的静态特性影响较大,应合理选择供气孔的布置位置,在满足轴承载荷要求的基础上优先考虑将供气孔布置在倾斜区域。相关研究结论对动静压混合气体箔片止推轴承设计和应用具有指导意义。

圆盘多供气孔气体静压止推轴承的有限元分析

本文以二维雷诺方程为基础,采用有限元法求解了圆盘多供气孔气体静压止推轴承的稳态压力场,并对不同参数对轴承性能的影响作了一定的分析。

局部多孔质气体静压圆盘止推轴承压力分布的有限元计算

直接在Cartesian Coord inates中对气体静压圆盘止推轴承的Reynolds气体润滑方程进行有限元计算,针对局部多孔质直径大小的不同,采用两种不同的网格划分方法,并通过M atlab编程实现了网格的自动细分,在此基础上,通过利用Galerk in加权残差原理对气膜内压力分布进行了求解。分析表明,网格的自动细分减少了网格划分的时间,便于获得合适的网格数量,使轴承压力分布的计算得到进一步简化。

超声速流下多供气孔圆盘静压止推气体轴承性能分析

应用Fluent软件对多供气节流小孔圆盘静压止推气体轴承进行三维流场的模拟计算,分析供气小孔数、气膜间隙和供气压力对圆盘静压止推气体轴承性能的影响,并和Reynolds方程解的结果进行比较,分析气膜内发生超音速流和不发生超音速时气膜内的压力分布和马赫数情况。结果表明,应用Fluent数值模拟可以很方便地处理节流小孔进入到气膜内区域的复杂流场流动;增加供气孔数、减小气膜间隙和降低供气压力能够避免多供气孔静压止推气体轴承气膜内发生超音速。

微孔节流气体静压止推轴承静态特性分析

气体静压轴承由于其转速高、精度高、无污染以及基本不受温升影响等特点,被广泛应用于各类高转速、高精密设备中。微孔节流作为一种新型气体节流方式,在气体润滑领域逐渐被人们所接受。然而,对于微孔节流气体静压轴承动静态性能的研究依然存在很多不足。本文以微孔节流气体静压止推轴承作为研究对象,对轴承的静态性能进行分析,探究轴承各参数对其性能的影响情况。

基于FLUENT的静压气体轴承节流孔系数研究

在通过求雷诺方程来研究静压气体轴承的特性时,通常假设节流孔系数为常数0.8,这可能会影响雷诺方程求解的精度。结合FLUENT软件和雷诺方程提出一种静压气体轴承节流孔系数的求解方法,该方法通过对比FLUENT和雷诺方程计算得到的质量流量求解节流孔系数;分析气膜厚度、供气压力、节流孔直径等参数对节流孔系数的影响。结果表明:节流孔系数随着膜厚的增加先增大后减少,随着供气压力的增大而减少,随着节流孔直径的增大而增大,但节流孔系数对轴承半径和节流孔长度的变化并不敏感。采用该节流孔系数求解雷诺方程得到的轴承承载力,与FLUENT计算得到的承载力结果基本一致,验证了该方法的正确性与可行性。

小孔节流静压止推气体轴承静特性的数值分析

介绍了计算流体力学软件FLUENT及其在气体轴承研究中的应用。针对环形小孔节流静压止推气体轴承,基于FLUENT软件进行了简化假设并建立了计算模型,利用FLUENT软件对止推气体轴承模型进行了数值分析,求解了环形小孔节流静压止推气体轴承的压力场分布、耗气量和承载能力等轴承静特性,并成功捕捉到了大气膜间隙下供气孔周围的压力突降区。对计算结果进行了分析,并与文献计算值以及试验值进行了对比,验证了数值分析的可靠性。

带有圆周方向均压槽的静压气体止推轴承的气锤自激

通过开设均压槽,可以增加静压气体轴承的承载能力和刚度,但是如果气体轴承的均压槽等参数设计不合理,会出现一种振动现象——气锤自激振动,尤其是设计高压重载气体止推轴承时。针对常用的圆盘止推气体轴承,建立轴承活动件的动力学方程,再运用小扰动方法和流量连续性方程得到了气锤自激振动的稳定性判别方程。通过求解稳定性判别方程,发现供气压力越大,自激振动的倾向性越强;气膜间隙在一定范围内容易引起自激振动;节流孔直径越大,自激振动的倾向性越强;当止推轴承的外径和内径的比值比较小时,容易发生气锤自激。通过计算得到了不发生气锤自激振动的轴承设计参数,可用于高压重载气体止推轴承的设计。

真空平衡型气体静压止推轴承的数学模型研究

讨论了真空平衡型气体静压止推轴承的工作机理 ,建立了该轴承的承载能力和刚度的数学模型 ,并通过计算机仿真及实验的方法对其进行分析验证。提出了气膜厚度作为真空度变量的参数 ,使其与导管参数、轴承参数联系起来 ,为定量分析真空度对轴承特性的影响提供了设计依据。

狭缝节流气体静压轴颈-止推轴承静态特性分析

在气体静压轴颈 -止推轴承的离散化过程中 ,采用有限元方法 ,利用加权余量法将其二阶偏微分方程降低一阶 ,使利用三角单元线性插值函数成为可能 ,简化了压力分布方程式的计算 ,给出了轴承的静态特性 ,分析了结构工艺尺寸、狭缝宽度和轴承间隙等因素对径向和轴向承载性能的影响 ,揭示了轴颈和止推轴承之间的相互影响规律 ,并且研究了轴承内部气膜压力分布的规律 .最后 。

制造误差对气体静压轴颈-止推轴承静特性影响

为了分析制造误差对轴颈 -止推相连型结构气体静压轴承的影响 ,提出了相容性变换条件 ,将轴颈和止推轴承进行统一分析 ;在离散化过程中 ,利用加权余量法将二阶偏微分方程降低一阶 ,放松了对插值函数连续度的要求 ,便于借助有限元技术分析狭缝节流气体静压轴承的流场参数。研究了平行度、圆度和端面垂直度等制造误差对静态特性的影响 ;重点分析了轴颈轴承和止推轴承之间的相互影响 ,发现了轴颈的锥度误差会影响轴向承载能力 。