考虑温度变化的复合织构轴承的摩擦学性能仿真

表面微织构化是改善轴承摩擦学性能重要手段之一,目前对于表面微织构的设计多以加工简单的单层形状为主,但在对轴承织构化试验和数值模拟研究中发现,单层微织构在减少摩擦磨损和降低能耗方面仍不够突出。基于圆筛藻壳的多层孔状结构,设计矩形-半球型双层复合微织构,并应用于水润滑轴承的高压区,采用热流固耦合的方法,探究在考虑进水温度变化的条件下、双层复合型织构的尺寸变化和轴承转速对水润滑轴承摩擦性能的影响。结果表明:对于任何进水温度,双层复合型织构轴承的减摩性能优于光滑轴承和单层织构轴承。复合织构尺寸效应对润滑水膜压力影响不稳定,但对摩擦因数的影响相对平稳。另外,在任何温度下,复合型织构轴承的转速越高,润滑水膜压力和摩擦因数越大。研究成果在改善水润滑轴承摩擦学性能方面有更进一步的突破,可为减小摩擦磨损及延长轴承使用寿命的相关研究提供借鉴。

外转子导水槽对双轴颈阶梯腔滑动轴承水膜特性的影响

开设导水槽的外转子双轴颈阶梯腔滑动轴承为电子水泵径向轴承的常见结构,轴承水膜压力和承载力直接影响转子系统的稳定性和使用寿命。采用有限元方法对具有不同水槽的外转子滑动轴承水膜特性进行流体分析,获得了一定转速和偏心率下的轴承水膜压力分布规律,研究了水槽结构和槽数对水膜压力与承载力的影响。结果表明,转子内孔导水槽改变了双轴颈部位水膜压力分布,梯形截面水槽轴承具有较好的承载力。与无槽结构相比,直线导水槽使轴颈水膜周向压力曲线不光滑,转子系统承载力下降且出现周期径向波动,压力峰值随水槽数量的增加而减小。螺旋型水槽显著提升了轴承水膜压力、承载力和平稳性,但导水槽螺旋升角增至60°时,双轴颈轴向水膜压力分布出现不均衡。

船舶水润滑尾轴承服役性能研究及其进展

尾轴承是船舶推进轴系的关键部件,近年来水润滑尾轴承的研究有新的进展。在润滑水黏度低、载荷环境复杂(重载、边缘负载和不确定性负载)、低速、启停和沙粒侵扰等恶劣工况条件下,尾轴承的承载机理复杂、磨损严重和摩擦噪声大。从船舶水润滑尾轴承的特点出发,围绕其性能演化与防治机理,就承载机理和模型、试验技术、摩擦磨损机理和预测方法、异常摩擦噪声机理及性能提升措施等五个方面,综合分析船舶水润滑尾轴承的研究进展,指出尚待解决的问题和今后的研究方向。

泵水润滑轴承-转子系统的动力学特性研究

针对当前泵水润滑轴承-转子系统模态分析与稳定性等动力学特性研究相对薄弱等问题,以设计的某高压多级泵为例,通过合理简化,建立研究该泵轴承-转子系统动力学特性的三维实体模型与数学模型;利用ANSYS进行的考虑惯性效应、不同角速度的多载荷模态分析生成了刚性支承坎贝尔图,计算得到了考虑陀螺效应的前4阶固有频率、3 000 r/min载荷下的正进动涡动转速(即临界转速);分析得出了系统在工作转速与非工作转速下的轴系不平衡响应曲线;恒定转速下突加激励时转子系统的瞬态特性分析表明,虽然突加激励力后转子系统会出现较大振动,但随后振幅逐渐减小并趋于稳定,说明该水润滑轴承-转子系统是稳定的刚性系统。

水润滑橡胶轴承不同结构的摩擦噪声分析

利用ABAQUS软件对水润滑轴承系统进行了噪声分析,利用有限元复特征值分析方法,依据复特征值实部的正负判断轴承系统发生噪声的可能性,如果有实部为正的特征值,则可判断系统有发生噪声的可能性。分别研究了水润滑轴承不同结构,包括水润滑轴承过渡圆弧半径大小、水道槽半径大小、水道槽数量及橡胶厚度对摩擦噪声的影响。研究表明,对于中小规格水润滑轴承,轴承的过渡圆弧半径大小、水道槽半径大小、水道槽数量及轴承橡胶厚度对摩擦噪声的产生有重要影响。

低速重载条件下水润滑橡胶合金轴承摩擦噪声研究

建立了低速重载条件下水润滑橡胶合金轴承动力学模型,应用有限元软件进行了水润滑橡胶合金轴承在不同摩擦系数、载荷和速度条件下的复模态分析,结果表明水润滑橡胶合金轴承产生摩擦噪声时相邻模态重合;摩擦系数越大,模态耦合程度越高,系统越不稳定,发生噪声的可能性越大;载荷和速度对水润滑橡胶合金轴承产生摩擦噪声的影响较小。最后进行实验验证,结果表明该有限元模型对揭示低速重载条件下水润滑橡胶合金轴承摩擦噪声机理具有合理性,为进一步减小水润滑橡胶合金轴承振动、降低其噪声提供参考。

水润滑高速动静压滑动轴承数值模拟

采用有限元法求解壁面定律和Reynolds方程,对水润滑高速动静压滑动轴承进行了数值模拟分析。研究紊流状态水介质润滑条件下的动静压轴承三维压力分布、温度场分布及动特性系数,分析高速高压水润滑条件下的动静压轴承与油润滑条件下的动静压轴承不同的液腔压力分布、温度分布等特性。

结构参数对水润滑橡胶合金轴承摩擦噪声的影响分析

为了研究水润滑橡胶合金轴承结构参数对其低速重载工况下摩擦噪声的影响,使用复模态分析方法建立了水润滑橡胶合金轴承系统仿真模型,采用专业仿真软件分析了不同摩擦系数及结构参数条件下摩擦噪声产生的概率,进而研究结构参数对摩擦噪声的影响,进行了平板型和圆弧型结构的水润滑橡胶合金轴承摩擦噪声的对比实验。研究结果表明,水润滑橡胶合金轴承的水槽半径大小、摩擦面形状以及摩擦副的摩擦系数对水润滑橡胶合金轴承的摩擦噪声有较大影响,而水槽的形状对轴承摩擦噪声的影响不大。对一定结构尺寸的水润滑橡胶合金轴承,水槽半径为4mm、平面型摩擦面的结构可以大大减少轴承出现摩擦噪声的可能性,相关实验结果与计算结果是吻合的。

水润滑橡胶轴承摩擦噪声特性分析及试验研究

水润滑橡胶轴承在舰船推进装置领域应用广泛,但其摩擦噪声问题对舰船的正常使用造成影响.为掌握水润滑橡胶轴承摩擦噪声特性及产生规律,分析了摩擦噪声的时频特征,针对水润滑橡胶轴承工作特点与外部环境条件等因素对摩擦噪声的影响开展试验,研究了水润滑橡胶轴承摩擦噪声产生的规律.结果表明,水润滑橡胶轴承摩擦噪声出现时振动明显增大,且频谱呈现出振动主频及其谐频的成分;轴转速较低时,轴承更易产生强烈的摩擦噪声,且轴承载荷越大,出现摩擦噪声的转速越高,摩擦振动与噪声频率也越高;冷却水温度与轴承安装状态等因素对摩擦噪声亦有较大影响.

舰用新型低噪声水润滑轴承材料硬度与摩擦性能

主要研究新研制的舰用低噪声水润滑轴承材料硬度和摩擦性能。针对舰用水润滑轴承低噪声设计要求,采用纳米粒子改性丁腈基橡塑复合材料制备新型水润滑轴承材料,并测试其在干态和水润滑状态下的摩擦性能。结果表明,新研制的85A硬度的低噪声水润滑轴承材料的摩擦系数小于76A硬度的低噪声水润滑轴承材料的摩擦系数,它既具有较高的硬度,也具有优良的摩擦性能,能够满足舰用水润滑轴承低噪声设计要求。

基于音频的水润滑橡胶轴承摩擦噪声测试系统

水润滑橡胶轴承在低速、重载下的摩擦噪声问题亟待解决,而水润滑橡胶轴承摩擦噪声测试方法和系统是解决问题的关键之一。应用语音信号处理技术,提出并构建一种基于音频的水润滑橡胶轴承摩擦噪声测试分析系统。介绍系统的软硬件构建和设计,以声卡作为数据采集卡,以LabVIEW为开发平台设计信号采集与分析系统。对一种螺旋槽水润滑橡胶合金轴承在空载、加载和加载并加上噪声隔离装置后的摩擦噪声进行实现研究。结果表明,该噪声测量分析系统能准确地提取和分析轴承摩擦噪声信号,并能直观地监测橡胶轴承的运行状态,设计的噪声隔离装置也能有效地抑制外界环境噪声。

平板型水润滑橡胶轴承摩擦噪声的有限元分析

利用ABAQUS软件建立了平板型水润滑轴承的摩擦噪声分析模型,采用复模态理论,依据复特征值实部的正负判断轴承系统发生噪声的可能性,如果有实部为正的特征值,则可判断系统有发生噪声的可能性。通过有限元分析,获得了轴承系统在不同参数下的失稳倾向,其中包括摩擦系数、水槽半径大小及水槽形状。分析结果表明摩擦系数对轴承系统摩擦噪声的影响最大,水槽圆弧半径和形状对噪声预测结果也有一定影响。

基于FSI的尾轴倾角对水润滑轴承润滑特性的影响

应用流固耦合方法,在考虑水润滑尾轴承内部结构和内部流场相互作用的情况下,研究尾轴倾角对轴承水润滑特性的影响,探讨轴承、尾轴与水膜间的流固耦合问题。应用ADINA有限元软件,建立尾轴承流固耦合模型,求解尾轴承水膜压力分布,以及轴承的压力分布、径向变形和有效应力,分析尾轴倾角对尾轴承润滑特性的影响规律。结果表明:当计入尾轴倾角时,尾轴承最大水膜压力出现在轴承尾端,倾角越大,最大水膜压力也越大,且随着尾轴倾角的增大,水膜压力以及轴承的压力、径向变形和有效应力也逐渐增大。

水润滑轴承系统三维热弹流性能有限元分析

使用自编流固耦合轴承有限元程序,利用影响系数法和非线性优化法,对水润滑轴承系统的轴承―水介质―轴系统的热弹流性能进行了三维有限元分析。同时,有限元程序的有效性也被证实。仿真结果表明:一定工况下的水润滑轴承存在明显的弹性变形和一定程度的热变形;小膜厚比下轴承会出现明显的温升。因此,水润滑轴承的设计中,其变形和温升应加以考虑。

船舶新型水润滑磁液双浮尾轴承承载能力仿真研究

为提高船舶水润滑尾轴承的承载能力,提出新型水润滑磁液双浮尾轴承方案。设计水润滑磁液双浮尾轴承结构,建立双浮轴承磁-流-固多场耦合动力学模型。提出六种磁路布置方案,采用有限元法进行计算。对比各方案磁力,优选磁斥力最大方案。在此基础上,采用有限差分法计算液膜力,与磁斥力叠加得到轴承总承载力,并分析其随轴承间隙的变化规律。研究结果表明:与传统的轴向、径向单一充磁对比,Halbach充磁的磁路方案磁力更大;新型的非完整式磁布置方式比传统的对称布置方案在竖直间隙为0.05 mm时提高磁力17倍,在竖直间隙为0.3 mm时提高磁力40倍;当轴颈与轴承孔间隙大于2.025 mm时,磁力占主导,可用于低速时脱开摩擦副,减少接触摩擦磨损;当轴颈与轴承孔间隙小于2.0216 mm时,水膜力逐渐增大,磁力起到减载作用;在工作间隙下,水膜力刚度系数比磁力刚度系数大2~3个数量级。磁液双浮轴承为提高纯磁轴承的稳定性提供了新的解决思路。

基于有限元法的水润滑橡胶艉轴承刚度影响因素分析

为提高轴系校中计算精度,应用有限元法开展艉轴承刚度仿真计算研究,探讨轴承内衬材料(弹性模量、泊松比)、长径比、水槽数量、橡胶层厚度对轴承刚度的影响。结果表明:减小水槽数量和橡胶层厚度,提高弹性模量,增加长径比和泊松比均有助于增加艉轴承刚度;轴承刚度受诸多因素影响,多因素间的交互作用与影响机理十分复杂,还有待深入探讨。

自润滑关节轴承温度场的有限元分析

根据GE30C型自润滑关节轴承的实际结构与工况,用软件ANSYS Workbench分别建立了它在径向受载情况下作倾斜摆动和旋转摆动的有限元模型,对其温度场进行分析并得出温度的分布规律;采用正交试验法分析倾斜摆动时径向载荷、最大摆角、摆动周期和摩擦因数等对衬垫摩擦生热的影响规律,为该类轴承的合理选择与使用提供参考。

液体润滑轴承水封性能的有限元分析

通过对油膜轴承水封结构进行三维建模,利用有限元分析软件对其性能进行分析,得到了水封结构在实际使用中的变形图,同时通过有限元分析的后处理模块,提取了水封结构的总位移和径向位移、水封结构的最大等效应力和接触区域的最大接触应力,验证了产品设计的合理性,对产品的性能做出了精确的评估。

仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响.为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类.利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析.结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳.通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能.该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.

船舶水润滑尾轴承研究进展

水润滑尾轴承由于具有节能环保、材料资源丰富等特点,一直是各国争相研究的热点之一。该文聚焦于水润滑尾轴承,分析了水润滑尾轴承的摩擦特性,总结了尾轴承材料的改性与选择、振动噪声及结构设计等问题的国内外研究现状,指出了其中所存在的不足并在此基础上展望其发展趋势,旨在为船舶水润滑尾轴承的进一步研究提供思路。