Performance of dynamically loaded journal bearings lubricated with couple stress fluids considering the elasticity of the liner

To take into account the couple stress effects,a modified Reynolds equation is derived for dynamically loaded journal bearings with the consideration of the elasticity of the liner. The numerical results show that the influence of couple stresses on the bearing characteristics is significant. Compared with Newtonian lubricants,lubricants with couple stresses increase the fluid film pressure,as a result enhance the load-carrying capacity and reduce the friction coefficient. However,since the elasticity of the liner weakens the couple stress effect,elastic liners yield a reduction in the load-carrying capacity and an increase in the friction coef-ficient. The elastic deformation of the bearing liner should be considered in an accurate performance evaluation of the journal bearing.

Approximate Solution of Oil Film Load-carrying Capacity of Turbulent Journal Bearing with Couple Stress Flow

The instability of the rotor dynamic system supported by oil journal bearing is encountered frequently, such as the half speed whirl of the rotor, which is caused by oil film lubricant with nonlinearity. Currently, more attention is paid to the physical characteristics of oil film due to an oil-lubricated journal bearing being the important supporting component of the bearing-rotor systems and its nonlinear nature. In order to analyze the lubrication characteristics of journal bearings efficiently and save computational c[~brts, an approximate solution of nonlinear oil film forces of a finite length turbulent journal bearing with couple stress flow is proposed based on Sommerfeld and Ocvirk numbers. Reynolds equation in lubrication of a finite length turbulent .journal bearing is solved based on multi-parametric principle. Load-carrying capacity of nonlinear oil film is obtained, and the results obtained by different methods are compared. The validation of the proposed method is verified, meanwhile, the relationships of load-carrying capacity versus eccentricity ratio and width-to-diameter ratio under turbulent and couple stress working conditions are analyzed. The numerical results show that both couple stress flow and eccentricity ratio have obvious influence on oil film pressure distribution, and the proposed method approximates the load-carrying capacity of turbulent journal bearings efficiently with various width-to-diameter ratios. This research proposes an approximate solution of oil film load-carrying capacity of turbulent journal bearings with different width-to-diameter ratios, whicb are suitable for high eccentricity ratios and heavy loads.

SOLUTION TO THE STRESS DISTRIBUTION ON THE SURFACE LAYER OF BUSHING ALLOY BY COUPLING BEM WITH ELASTICITY METHOD

In the design of the fatigue strength of dynamically loaded bearing in the equipmentssuch as internal combustion engines and roimg mun, the solution to the stress distribution on thebushing alloy layer is an important and difficult problem. In this paper, a new method has beenproposed by coupling BEM with etheticity method, The algorithm and its implementation were deseribed in details The calculation results verify that this up-dated method can provide us a moresimple and effective tool for solvingthe fatigue stress of the bushing alloy with tangible benefit oftime-saving and high computation accuraey. It may open a new vista in bearing fatigue strength design.

耦合因素对混合润滑滑动轴承特性的影响

低速工况下处于混合润滑状态的滑动轴承易因变形或倾斜而发生磨损。为分析轴颈倾斜和磨损对滑动轴承混合润滑特性的影响,建立了计入轴颈倾斜和弹性变形的平均流量方程、G-T接触方程和Archard磨损方程耦合模型,采用有限差分法及超松弛迭代法计算混合润滑状态下轴承特性参数和时变磨损参数,对比了轴颈倾斜前后或磨损前后轴承的润滑性能,并分析粗糙度和边界摩擦系数等因素对各性能参数的影响。搭建摩擦磨损试验台测试了倾斜状态下轴承的润滑特性,验证了理论模型的正确性。理论分析与试验结果表明:重载大偏心时轴承转变为混合润滑状态,轴颈倾斜程度越大,轴承越容易发生混合润滑;轴承倾斜后,压力峰值和接触区域形状发生改变,磨损量因而发生变化,并且磨损深度分布沿轴向或周向倾斜;磨损降低了油膜的动压效应,并且使膜厚比降低,导致油膜压力峰值下降约20%,接触压力峰值降低约90%,承载力最高下降约19.71%;对比磨损前后的轴承形貌发现,轴颈倾斜使得磨损集中于间隙减小的一端。该研究可为实际工程中轴承的设计提供理论依据。

轴承弹性变形对动载滑动轴承润滑状况影响的分析

本文讨论了等温弹性流体动力润滑方程的求解方法和动载滑动轴承弹性变形对润滑油膜的影响 ,分析表明该方法是求取轴心轨迹和对轴承润滑状况预测的较合理方法。

弹性联轴器不对中转子-轴承系统的非线性动力特性及稳定性研究

分析了在膜片式弹性联轴器不对中情况下,滑动轴承支撑的多盘转子系统的非线性动力特性和稳定性。联轴器不对中所产生的附加力和力矩作为施加在轴系上的外部激励。综合运用频谱、轴心轨迹、分叉图、Poincaré图和最大Lyapunov指数等方法,比较分析了转子-轴承系统在考虑联轴器不对中前后的动力响应和稳定性。研究表明联轴器不对中会引起2X,3X,4X甚至更高倍频的振动,其中2X振动占据主要地位,不对中对转子上节点的振动的影响随着其与联轴器的距离的增加而减小。不对中对轴系的1阶临界转速的影响可以忽略,当转子转速超过系统2倍1阶临界转速时,系统会发生油膜振荡,联轴器不对中会使系统发生油膜振荡的转速升高,同时对转子振动有一定的抑制作用。

基于机体与曲轴耦合下的船舶柴油机主轴承热弹性流体动力混合润滑特性

运用CMS模态综合法建立柔性曲轴和柔性整机体模型,基于Greenwood/Tripp微凸峰接触理论和质量守恒边界条件的广义Reynolds方程,建立了二者耦合下的船用柴油机主轴承的热弹性流体动力混合润滑模型,并经试验间接验证。同时计算表明:周期内发生混合润滑为常态,完全液动润滑为瞬态;只有空穴、轴颈向心/离心运动、油膜压力突变同时存在时空穴才极有可能发生;因端泄能量散失占总能量散失的80%多,油膜出口温度可作为监控轴承润滑的重要参数;8个轴承基本满足润滑设计要求,但有2个轴承工况相对较差,亟须优化。

轴颈倾斜的径向轴承热弹性流体动力润滑分析

通过联立求解质量守恒的广义Reynolds方程、能量方程、固体热传导方程和固体变形方程,建立了轴颈倾斜的径向轴承三维热弹性流体动力润滑(TEHD)模型.在此基础上,深入研究了轴颈倾斜径向轴承的TEHD性能.结果表明,弹性变形和热变形都对轴颈倾斜径向轴承的性能具有显著影响.当只考虑弹性变形时,油膜厚度变化曲线出现了局部"凸"的形状,且最大油膜压力减小;当只考虑热变形时,油膜厚度变化曲线出现了局部"凹"的形状,且最小油膜厚度增大,但热变形对最大油膜压力的影响不大;当同时考虑弹性变形和热变形(即完整的TEHD模型)时,轴颈倾斜径向轴承的所有性能参数都发生了明显的变化,因此,对于重载高速的操作工况,有必要建立轴颈倾斜径向轴承的TEHD模型.

微沟槽表面的滑动轴承性能分析

分析了微沟槽表面滑动轴承的润滑性能 ,计算结果表明 ,微沟槽表面轴承的压力分布与光滑表面轴承有着显著不同。轴承表面油槽中的油在油润滑时能防止轴承表面的胶合失效 ,而且这种轴承衬表面层的应力分布与光滑表面轴承也有显著不同。

计入应力偶效应和空化效应的滑动轴承热流体动力润滑数值研究

基于应力偶理论和Elrod空化算法建立了滑动轴承热流体动力润滑数学模型，数值求解了应力偶流体的Reynolds方程、油膜能量方程及轴瓦热传导方程，考察了应力偶效应对滑动轴承热流体动力润滑性能产生的影响。结果表明：应力偶流体明显地提高了油膜压力，降低了轴承摩擦系数，同时也使端泄流量和轴承的温度场有所改变。

基于质量守恒边界条件的应力偶流体润滑动载轴承特性

基于应力偶流体理论和改进的Elrod空穴算法对动载轴承的润滑性能进行数值摸拟。求解质量守恒边界条件的动载Reynolds方程,结果表明:与Reynolds边界条件下的结果相比,采用质量守恒边界条件得到的平均进油流量与平均端泄流量更加接近,更符合实际情况。数值求解基于质量守恒边界条件下,应力偶流体润滑的动载Reynolds方程,比较牛顿流体和应力偶流体对轴承的最大油膜压力、最小油膜厚度和端泄流量的不同影响。结果表明:应力偶流体使得动载轴承的最大油膜压力减小,最小油膜厚度明显增大,端泄流量减小,提高了动载轴承的承载能力。

计入轴瓦弹性的应力偶流体润滑分析

推导了计入轴瓦弹性的应力偶流体润滑轴承的变形雷诺方程。数值分析表明,刚性轴瓦的最大油膜压力值比弹性轴瓦的最大油膜压力值大,且随着应力偶参数的增大,最大油膜压力提高明显;润滑油分别为牛顿流体和应力偶流体时,弹性系数越大轴承的承载力越小,应力偶参数越大轴承的承载力越大,且轴承的偏心率越大,应力偶参数对承载力的影响越明显,应力偶参数对刚性轴瓦材料的影响比对弹性轴瓦材料的影响大。

悬臂式薄片动压润滑气体轴承性能研究——用薄壳非线性大变形法计算薄片的弹性变形

建立了计算弹性薄壳的非线性大变形方法 ,并将此方法用于求解悬臂式薄片动压气体润滑轴承的薄片弹性变形 ,通过实验验证并与其它计算方法相比较 ,表明本文所采用的方法是准确 ,可靠的 。

高速高比压织构滑动轴承热弹流润滑分析

齿轮传动涡扇发动机(geared turbo fan engine,GTF)的星型齿轮传动系统使用滑动轴承作为支承。GTF滑动轴承在高速高比压工况下工作,油膜压力较大,导致轴承会发生弹性变形。考虑滑动轴承的弹性变形以及润滑油温黏效应等的影响,基于计算流体动力学方法建立了高速高比压织构滑动轴承的三维热弹流润滑分析模型,研究了考虑弹性变形影响的织构滑动轴承热流体润滑性能,并对比了织构滑动轴承和无织构滑动轴承的热弹流润滑性能。结果表明:考虑弹性变形的影响后,在相同大偏心率工况下织构滑动轴承的最大油膜压力、承载力和最大油膜温度均会明显降低,周向承载区域明显扩大,且温度和油膜压力在圆周方向上的变化也更加平缓;对比织构滑动轴承和无织构滑动轴承,两者的最大油膜压力、承载力、最大油膜温升和摩擦系数无明显差异,但油膜承载区的弹性变形有明显减小。

惯性和滑移对弹性金属塑料轴承的影响研究

从连续性方程和Navier-Stokes方程出发,推导出在圆柱坐标系中考虑了界面滑移和流体惯性影响的雷诺方程。通过数值计算,考察了界面滑移和流体惯性对弹性金属塑料径向滑动轴承水膜压力和承载能力的影响程度。计算结果表明:界面滑移将降低水膜压力和承载能力,流体惯性力的存在略微增大了水膜压力和承载能力;随偏心率的增大,界面滑移对水膜压力和承载能力的影响程度增大。

高速脂润滑滚动轴承密封结构优化与漏脂试验

针对高速脂润滑滚动轴承密封过早失效的问题,建立油封的热-应力耦合有限元模型,研究油封主要参数和轴承工况参数对油封唇口的最高温度和最大接触应力的影响规律,对油封结构参数进行优化,利用强化温升漏脂试验台进行试验验证。结果表明:高速脂润滑滚动轴承油封密封性能的研究应该考虑温度的影响;唇口的最高温度随轴向过盈量、橡胶材料硬度、密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大而增大;最大接触应力随轴向过盈量和橡胶材料硬度的增大而增大,随密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大变化不大;密封结构优化后,平均漏脂率下降了56.7%,平均温升下降了54.3%。

随机粗糙表面对非牛顿磁流体轴承润滑性能的影响

为了研究应力偶效应和粗糙表面形貌效应对磁流体轴承润滑性能的双重影响,首先采用蒙特卡罗方法对具有高斯分布的随机粗糙表面进行表征,并与扫描电子显微镜下实际加工表面形貌图进行对比,同时基于Christensen随机模型和Stokes微连续理论,推导出随机广义非牛顿雷诺方程,通过有限差分法对微尺度条件下磁流体轴承进行数值模拟,分析横向和纵向粗糙模型下不同参数对磁流体轴承润滑特性的影响。结果表明:实际的工程粗糙表面具有各向异性;不同粗糙模型对承载性能的影响趋势与宽径比有关,当粗糙度参数为0.3,轴承宽径比为0.5时,纵向粗糙模型将使最大无量纲压力提升3.9%,而横向模型将会削弱压力水平;当宽径比增至2.0时,横向粗糙模型将使其提升5.7%,从而改善承载性能;动力参数、磁力系数以及应力偶参数的增加均能不同程度地增强液膜压力水平,其中后两者的增加将会使粗糙模型的影响效应显著增强,同时承载力增大且偏位角减小;当应力偶参数从0.2增至0.5时,粗糙模型对承载力的影响趋势随宽径比变化的分界点从1.70增至1.95。

应力偶流体润滑滑动轴承性能影响因素研究

研究了应力偶流体润滑滑动轴承性能的影响因素。分析了不同的动力参数、弹性系数与应力偶参数对轴承中截面周向油膜压力分布的影响,不同的弹性系数与动力参数对轴瓦承载力的影响以及承载力的作用角和摩擦系数随偏心率的变化。结果表明:动力参数越大,最大油膜压力越大,应力偶效应越显著;弹性系数越大轴承的承载力越小而应力偶参数与动力参数越大轴承的承载力越大;应力偶参数越大,承载力的作用角增大,摩擦系数减小。

偶应力流体有限长径向轴承润滑特性分析

本文从具有偶应力的不可压缩流体基本方程出发,采用润滑层的通常假设,求得了流体速度的解析表达式,并推导了偶应力流体润滑的雷诺方程,把它应用于有限长径向滑动轴承的求解。通过数值计算得到了偶应力参数对有限长径向轴承的承载力、流量系数和摩擦系数的影响。

应力偶流体润滑轴承油膜压力和轴心轨迹计算

根据应力偶流体动态润滑轴承雷诺方程,运用数值计算方法研究应力偶参数对轴承润滑性能的影响。针对某柴油机轴承,分别计算采用牛顿流体和非牛顿应力偶流体润滑时的油膜压力分布和轴心轨迹。结果表明:与牛顿流体润滑相比,应力偶流体润滑时轴承的油膜压力增加,且随应力偶参数的增加,最大油膜压力出现在轴承角度增大的方向;2种润滑条件下,所计算得到的轴心轨迹形状类似,不同之处在于牛顿流体润滑时其轴心轨迹离轴承的中心比较远,而应力偶流体润滑条件下轴心轨迹随参数增加向其中心靠近且最小油膜厚度明显增大。研究表明,应力偶流体润滑与牛顿流体相比提高了油膜压力,改善了轴心轨迹,且应力偶参数越大应力偶效应越显著。