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。

加速方式对径向滑动轴承启停过程的影响

建立考虑表面粗糙峰接触和流体动压共同作用的混合润滑模型,研究流体动压径向滑动轴承在不同加速方式下的启停行为。求解了启停过程的瞬态油膜力、粗糙峰接触力、最大油膜压力和平均最小油膜厚度,得到了启停过程的轴心轨迹及轴颈与轴瓦表面接触时间、启动速度、摩擦力矩和摩擦功耗的变化规律,结果表明:不同加速方式对启动过程中轴承瞬态油膜力、平均最小油膜厚度、接触行为、摩擦功耗和摩擦力矩有较大影响,对轴心轨迹有一定影响,而对最大油膜压力峰值影响较小;相比启动过程,停机过程中时间项引起的挤压效应明显,加速方式对停机过程中各项瞬态参数的影响较小。

缝隙节流液体静压轴承油膜刚度系数的研究

油膜刚度系数是液体静压轴承的关键性能参数之一。针对缝隙节流液体静压轴承,推导了其油膜承载力的解析表达式,并在此基础上进一步推导了油膜刚度系数的解析表达式。相比于传统经验公式,采用该表达式的计算结果与实验结果更吻合。通过分析应用案例可知:油膜承载力与节流参数、主轴离心率均呈正相关关系;油膜正向刚度系数随着离心率的增大而减小,油膜交叉刚度系数随着离心率的增大而增大,并且正向刚度系数明显大于交叉刚度系数。利用该轴承油膜刚度系数的表达式,可以通过测量轴承运行过程中的轴心位置,实时得到轴承油膜刚度系数,从而对缝隙节流液体静压轴承的运行进行有效监控。

船舶尾轴承变形对其承载能力影响的理论及试验研究

由于船舶螺旋桨的较大重力的作用,螺旋桨轴和尾轴承易发生变形,改变了尾轴承与螺旋桨轴颈之间的间隙分布,在尾轴承中心线与螺旋桨轴颈中心线之间形成一个变形角。对轴承油膜承载能力与轴承变形角之间的变化关系进行了数值计算,计算结果表明:随着变形角的增大,轴承的油膜承载能力会增大,继续增大变形角,轴与轴承发生部分刚性接触,承载能力迅速增大。同时通过在船舶轴系模拟试验台上测试了轴承油膜压力与变形之间的变化曲线,验证了计算结果的正确性。

表面纹理对径向滑动轴承油膜承载能力的影响

为研究表面纹理对径向滑动轴承油膜承载能力的影响机制,利用不重叠区域分解法建立针对径向滑动轴承表面纹理润滑计算的有效方法,通过数值计算得到不同纹理分布模式和纹理几何参数条件下的轴承润滑油膜承载力。计算结果表明:合理的表面纹理分布模式和纹理几何尺寸对提高轴承油膜承载能力有一定作用。

3种微织构对径向滑动轴承性能的影响

为揭示表面微织构的几何参数及分布特征对滑动轴承性能的影响,建立具有方形、圆柱形和三角形织构的径向滑动轴承三维有限元模型,在考虑空化效应和紊流影响的前提下,采用基于N-S方程的计算流体力学(CFD)技术对模型进行仿真,对比分析了不同微织构形状、分布位置、密度和尺寸下径向滑动轴承的性能.结果表明:当微织构布置在滑动轴承主要承载区时,可提高滑动轴承的承载能力,降低润滑油流量和摩擦系数;方形微织构对滑动轴承承载能力的提升作用最大;存在一个最优的织构密度、宽度和宽深比,使轴承的承载能力最大.合理的微织构设计可以有效提高滑动轴承的性能.

织构化径向轴承的承载性能研究

采用基于N-S方程的CFD方法,建立无限长径向滑动轴承的动压润滑模型,研究织构化径向轴承的承载性能,并与非织构化轴承进行对比。结果表明:对径向轴承进行完全织构化,当织构面密度不断增大时,径向轴承的承载力先增加继而减小,即存在一个具有承载极大值的最优面密度值,并且存在一个合适的面密度范围使得织构有利于径向轴承承载力的提高;对径向轴承进行部分织构化,分布在承载区的织构面积越大,承载能力越大;随转速的增大,径向轴承的承载力几乎以线性速度增长。

均压槽与静压气体轴颈轴承承载特性的关系研究

主要研究通过开设不同结构形式的均压槽来提高静压气体轴颈轴承的承载能力和刚度,利用加权余量法和有限元离散化方法求解雷诺方程进行数值计算和仿真,针对单排孔和双排孔轴颈轴承,分析不同长度的周向均压槽,以及不同数量、不同位置和不同长度的轴向均压槽对轴承承载能力和刚度的影响规律。结果发现:开设周向均压槽和轴向均压槽都可以提高轴承的承载能力,相比开设周向均压槽,开设轴向均压槽对提高轴承的承载能力更为有效,而且只开设一条或两条轴向均压槽就能显著提高轴承的承载能力,通常将轴向均压槽置于气膜间隙较小的位置时能使轴承的承载能力和刚度最大。数值仿真结果通过试验进行验证,研究结果可用以指导高承载和高刚性静压气体轴颈轴承的设计。

局部凹坑织构化径向滑动轴承流体动力润滑数值分析

目的探究局部凹坑织构化表面对径向滑动轴承流体动力润滑的影响。方法基于雷诺边界条件和Reynolds方程,建立凹坑织构化径向滑动轴承表面流体动力润滑理论模型,采用Gauss-Seidel松弛迭代方法数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析其润滑油膜承载机制,探讨凹坑几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律。结果理论模型的数值解与经典理论的数值解误差较小,能有效分析轴承的流体动压润滑特性。当偏心率较大时,摩擦力的上升幅度也变大,在轴承承载区进行凹坑织构化处理能明显减小摩擦力,并且随着凹坑深度的增大,摩擦力减小,可见凹坑起润滑减摩的作用。油膜承载力随着偏心率的增大而增大,通过凹坑织构的"楔形效应"能够改善非承载区的油膜压力,存在最佳凹坑深度使得轴承达到流体动力润滑最佳状态。摩擦力随着面积率的增大而增大,特别是在偏心率较大时,润滑减摩效果较为明显,面积率对油膜承载力影响不大。将织构布置在径向滑动轴承的不同区域,其中当织构完全在下半瓦(压降区)时,织构能明显增大油膜厚度,产生油膜压力,有效降低摩擦力,提升承载力。结论凹坑织构能明显改善径向滑动轴承流体动力润滑性能,合理设计轴承的偏心率,合适的织构参数与分布位置,能使流体动力润滑效果最佳。

表面织构对水润滑径向滑动轴承湍流特性的影响

基于湍流理论,采用RNG k-ε湍流模型,研究水润滑径向滑动轴承轴瓦表面加工织构凹坑对轴承水膜压力、承载能力和湍流特性的影响,比较织构形状、分布位置、多尺度以及尺寸参数对轴承润滑性能的影响。结果表明:复杂形状织构加剧了水膜的湍流流动,导致更大的湍流动能,提高了水膜压力和承载力;织构棱边、尖角越多,越易形成二次涡;轴承收敛楔形入口处织构降低轴承承载能力,出口处织构提高承载力,且越靠近出口提升效果越明显;织构轴向尺寸与周向尺寸之比对轴承承载能力影响明显,并且存在最佳比值。

表面织构对油水混合液润滑轴承湍流润滑性能的影响

基于湍流理论,利用Fluent软件研究表面织构对油水两相流体润滑下径向滑动轴承液膜压力、承载能力以及湍流动能的影响,比较织构形状、轴承转速和水含量对轴承湍流润滑性能的影响。研究表明:复杂形状织构加剧了液膜的湍流流动,导致更大的湍流动能,提高了液膜压力和承载力;随着轴承转速的增高,轴承承载能力呈线性增加;随着润滑油中含水量的增加,油膜压力增大,承载能力增大。

织构滑移表面对轴承承载能力和空穴的影响

为揭示表面织构对滑动轴承摩擦学性能的影响,指导滑动轴承微织构的优化设计,提出双系数数值滑移边界来表征表面织构宏微观相互作用的综合效果,并将其施加到有微织构的轴承表面;采用相变模型描述空化现象,研究了织构区域的位置、面积等宏观参数对滑动轴承承载能力和空穴的影响规律.最后采用文献所述实验轴承进行分析,验证了该双系数数值边界的正确性.研究表明,空穴区域处的织构不会影响润滑液膜压力和轴承承载能力;织构区域前端会产生低压效应而其末端会产生动压效应;织构位于压力上升区域时可以提高承载能力,且承载能力随该区域织构表面面积的增大而增大,但织构位于压力下降区域时将降低承载能力并加剧空化现象.

准气体动力循环Power MEMS气体静压轴承

为追求微细尺度条件下超高能量密度的目标,提出了Power MEMS准气体动力循环发动机的概念。鉴于Power MEMS准气体动力循环发动机能够自行提供高压气源的结构特征以及气体静压轴承在性能上的优点,提出了将气体静压轴承应用于该Power MEMS发动机的研究和Power MEMS准气体动力循环发动机中气体静压径向轴承和止推轴承的结构形式的选择,指出了微细尺度下气体静压轴承的设计要点;运用气体静压润滑的基本原理对气体轴承的结构及运行参数进行了分析,获取了径向轴承和止推轴承的参数设计;通过气体轴承静态性能的计算,从承载能力方面验证了将所设计的气体轴承应用于Power MEMS准气体动力循环发动机中的可行性。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

设计了一款带有气缸加载装置的高速重载径向气体箔片轴承实验台,并对一种三瓣式气体箔片轴承进行实验研究.测得该气体箔片轴承起飞转速和起飞转矩均随载荷增大而升高.分别在转速为30000、40000、50000、60000 r/min时采用温度监测法对该种气体箔片轴承进行承载能力测试,测得该气体箔片轴承在不同转速下的极限承载能力分别为380、535、700和810 N.实验期间,在70000 r/min时对双波箔气体箔片轴承进行加载实验,并在51000 r/min时实现1020 N加载,验证了高速重载气体箔片轴承实验台搭建成功.

基于CFD的沟槽-织构复合型滑动轴承性能分析

为进一步提高滑动轴承的承载力以满足大功率滑动轴承的设计要求,在织构型滑动轴承上增加浅沟槽,提出沟槽-织构复合型滑动轴承结构;建立沟槽-织构复合型滑动轴承性能数值分析模型,通过CFD数值仿真研究沟槽结构参数对织构型滑动轴承承载能力和摩擦特性的影响。结果表明:采用沟槽-织构复合形式可进一步提升轴承的承载力及综合性能;在织构参数一定的情况下,沟槽尺寸和分布形式对轴承性能有很大影响,当沟槽布置在织构上游区、沟槽轴向边长大于周向边长时有利于提高轴承的综合性能;在一定的使用条件下,合理设计沟槽深度、沟槽长宽比及周向布置区域大小,不仅能够有效提高轴承的承载力,而且能够减小轴承的摩擦力和端泄量,进一步改善滑动轴承的性能。

非均匀供气静压气体径向轴承的静特性分析

非均匀供气可以实现静压气体轴承的刚度调节,增强轴承的承载能力。为了探究非均匀供气条件对静压气体轴承内压力分布和静态特性的影响,以双排供气径向气体轴承为研究对象,采用数值计算对不同供气方式(变压供气孔位置、区域范围)和供气压力下轴承的静态特性进行了研究。数值计算结果表明:变压供气孔的位置对轴承的静特性有较大影响;当在主要承载区内增大供气压力时,可显著增强轴承的动静压效应;增加压力可变的区域范围有助于提升轴承承载力,但耗气量也相应有所增加;增加承载侧供气压力和减小非承载侧供气压力都可以有效提升轴承承载力,后者还可以减小气体总流量;承载侧与非承载侧的供气压差越大,越有利于轴承承载力的提升。

动载荷下窄轴承的润滑性能分析

建立窄轴承在动载荷作用下的数学模型,分析冲击载荷、旋转载荷和任意动载荷(冲击载荷和旋转载荷的叠加)等不同类型载荷作用下窄轴承的润滑性能,通过计算得到不同载荷作用下的轴心运动轨迹。结果表明,不同类型的动载荷对轴心运动轨迹的影响很大,在大小变化的单向动载荷作用下,轴心轨迹曲线是一个椭圆环;在旋转载荷和冲击载荷与旋转载荷叠加的任意动载荷作用下,与轴颈转向相反的旋转载荷可以提高轴承的承载能力和轴系稳定性。

油水两相流对滑动轴承承载能力的影响

研究建立了一台适用于测试油水两相流润滑工况下滑动轴承实验装置,该装置能进行滑动轴承偏心率的测量.实验研究了润滑油混入水滴后对滑动轴承承载能力的影响规律.得出了若干规律性的结论.

动静压气体径向轴承的静态性能转速效应

通过仿真与试验对纯动压、纯静压、动静压气体径向轴承的静态性能进行了对比分析,得到了轴颈转速、偏心率、气膜的动压效应和静压效应对轴承静态承载力和静态刚度的影响规律。随着转子转速或轴承偏心率的增大,动静压轴承的径向承载力逐渐增大;当转子转速较小时,气膜的静压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率增大而减小;当转子转速较大时,气膜的动压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率的增大而增大。

磁流变丁腈橡胶基微凹槽尾轴承润滑特性研究

提出了一种磁流变丁腈橡胶基水润滑微凹槽尾轴承。在不同磁场强度下制备磁敏橡胶试样,并获得弹性模量;利用柔度矩阵法计算了轴承变形,建立了磁流变水润滑微凹槽尾轴承流-固耦合理论模型,通过试验对计算模型的正确性和有效性进行验证;探明凹槽结构参数对无量纲承载力的影响。分析结果表明:增强磁场可提升尾轴承的润滑效果,磁场强度为0.35T时,承载力比0T时增大了1.2%,摩擦系数减小了1.0%;微凹槽深度取值范围为(30~50)μm,宽度取值500μm,可达最佳润滑效果。