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。     

基于温粘效应滑动轴承润滑特性分析

本文考虑了滑动轴承的温粘效应,在忽略油膜温度沿轴向的变化和泊肃叶流项后,建立了滑动轴承的一维温度场模型及其控制方程,采用有限元法求解一维温度场控制方程,得到了油膜温度场和粘度场的分布。将此一维温度场的计算结果与二维温度场的计算结果进行比较,发现二者非常接近,故验证了一维温度场模型的正确性,接着研究了滑动轴承参数对温度场和粘度场的影响。基于此,运用变分原理和分离变量法求解了广义Reynolds方程,得到了油膜压力分布,并且研究了轴承参数对润滑特性的影响,同时也比较了温粘效应和等温条件下的油膜力,从比较结果看出,温粘效应对轴承的油膜压力分布有较大影响,由于温粘效应的存在使得滑动轴承的承载力有所降低。     

大型轧机油膜轴承的三维热弹性流体动力润滑分析

对大型轧机油膜轴承的热弹性流体动力润滑特性及能量方程的求解方法进行了理论研究,利用有限差分法,通过联立求解Reynolds方程、、轴颈和锥、衬套的传热方程以及膜厚方程、润滑油的粘度和密度方程,对油膜轴承的热效应问题进行了数值求解.在求解过程中考虑了粘度和密度随压力和温度变化的情况,分析计算了不同工况下的刚性与弹性油膜温度分布情况.     

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.     

轴颈圆度误差对滑动轴承润滑性能的影响研究

分析了椭圆和齿形两种轴颈圆度误差对滑动轴承润滑性能的影响机理,推导了考虑轴颈圆度误差时的油膜厚度公式;针对某滑动轴承,分析了不同轴颈圆度误差与轴承油膜厚度、油膜压力、摩擦功耗、端泄流量和轴心轨迹之间的关系.结果表明,两种圆度误差都明显导致滑动轴承的润滑性能下降;椭圆误差改变滑动轴承的油膜承载区面积,部分时间可能改善轴承的润滑性能;齿形误差引起滑动轴承周期性的油膜波动,使油膜压力呈多峰分布.     

倾斜轴颈滑动轴承混合热弹流研究

为了研究重载工况下滑动轴承混合润滑行为,综合考虑轴-润滑介质-轴承-环境之间的耦合热传导效应,建立考虑轴颈受载倾斜的滑动轴承混合热弹流(mixed-TEHD)数值计算模型。模型预测出轴颈受载倾斜及对中状态下的润滑界面油膜压力、油膜厚度、接触压力、摩擦因数、热(弹性)变形以及轴承温度场。研究结果表明:轴颈在受载倾斜状态下,油膜压力、弹性变形、油膜厚度沿轴向呈非对称分布,接触压力集中于轴承末端;轴颈在受载倾斜状态下,轴承圆周方向与轴向温度分布的不均匀性比对中状态的严重,温度比对中状态时的大,同时,沿油膜最高温度处的圆周方向截面与轴向截面内热变形分布具有非对称性,其热变形也明显大于对中状态时的大;在混合流润滑阶段,轴颈受载倾斜对接触载荷、摩擦因数、轴承最高温度以及最大热变形的影响较大。     

滑动轴承油膜非线性动力学分析

在滑动轴承线性油膜力、动力特性研究的基础上,以大型汽轮、水轮发电机组涉及的滑动轴承为对象,研究其非线性油膜力、油膜非线性动特性的建模、表征和实验测试;计算、分析润滑介质、轴颈和轴承扰动、热弹效应(包括瞬态热弹效应),边界条件等对非线性油膜力、油膜非线性动特性以及相应滑动轴承-转子系统动力学特性的影响;研编上述研究内容涉及的相关软件.     

油膜轴承启/制动阶段的温度特性研究

为了揭示油膜轴承在启/制动阶段的温度特性,获得更好的运行性能,综合考虑粘压效应、弹性变形效应和挤压油膜效应,结合油膜轴承实际运行边界条件,建立了时变弹流润滑雷诺方程;通过润滑油工业测试试验,对不同轧制工况下的油膜轴承温度进行了测试。结合理论和试验数据,对比分析了在静-动压启动和动压启动下的温度曲线,并通过试验验证了理论分析计算的正确性,为启/制动阶段油膜的形成和破坏机理提供了参考。     

轴颈三维运动状态下的滑动轴承润滑分析

提出了轴颈圆周、径向和轴向三维运动状态下滑动轴承润滑分析的Reynolds方程,研究分析了轴颈轴向运动对滑动轴承的摩擦学性能的影响.计算结果表明,轴向运动的存在,对轴承油膜压力分布、轴承承载量、摩擦系数、维持力矩和端泄流量等摩擦学性能都有着较显著的影响.     

考虑瞬态冲击和弹性变形的滑动轴承特性与动力学响应

同时考虑瞬态冲击载荷和轴瓦的弹性变形,模拟了舰船在风浪拍击时推进轴支承滑动轴承的润滑特性与动力学响应,研究了聚四氟乙烯(PTFE)弹性金属塑料瓦滑动轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力和轴心轨迹随时间的变化情况。运用有限元法求解雷诺方程,将油膜力转化为轴瓦节点力计算了弹性变形;用欧拉法求解轴颈的动力学方程,计算了动态轴心轨迹。对比了刚性瓦与PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性,结果表明,轴瓦弹性变形对油膜厚度和油膜压力分布的影响不可忽略,并且轴瓦弹性变形可以提高滑动轴承的承载能力。对比分析了4个不同方向瞬态冲击载荷作用下PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性和轴颈的动态轴心轨迹,提出可通过改变轴承静载荷方向、减小瞬态冲击载荷方向与轴承偏心方向的夹角来增加最小油膜厚度,降低最大油膜压力,减小动态轴心轨迹的位移响应振幅,进而改善滑动轴承润滑状态,减小轴瓦的弹性变形量,提高轴承-转子系统的稳定性。     

计及轴变形导致轴颈倾斜的滑动轴承

设计研制了轴-滑动轴承系统专用试验装置,对轴受载荷作用产生变形,导致轴颈在轴承孔中倾斜时滑动轴承的润滑性能进行了试验研究;结果表明,轴变形导致轴颈倾斜时,滑动轴承的油膜压力、油膜厚度和温度的分布状况及数值发生了明显变化;轴受载越大,其变形产生的轴颈倾斜越严重,对滑动轴承润滑性能的影响越明显。     

可倾瓦滑动轴承摩擦功率损耗特性研究

为了在降低轴承能耗的同时保证透平机械的高效安全运行,对轴承-转子系统进行了更准确的建模仿真。首先对转子和轴承间隙内的油膜厚度进行了精细建模,考虑润滑油温粘效应及轴瓦变形,结合小扰动法计算轴承转子动力学参数,开发出计算五瓦可倾瓦轴承程序(COMDYN-Bearing),并将文献数据与本文数据对比,以验证本模型在多项参数中尤其是功率损耗计算的准确性。最后以某合成氨装置工业汽轮机为例,实证研究轴承宽径比、预负荷等结构参数对功率损耗以及转子稳定性的对应关系,结果表明:随着轴承预负荷的增大,轴承功耗和最高瓦温随之降低,但转子的稳定性也随之降低;随着宽径比的增加,轴承最大瓦温降低,但功耗增加,转子稳定性降低。     

微极流体润滑条件下能量方程的推导及应用

为考察微极流体的热流体动力润滑特性,根据微极流体的基本理论和能量守恒与转换定律,推导了微极流体的能量方程;依据其润滑条件假设,得出了润滑条件下微极流体的能量方程的简化形式.以有限长滑动轴承为例,将所推导的能量方程与微极流体的雷诺方程和轴瓦热传导方程联立进行数值求解,得到油膜及轴瓦的温度分布.结果表明:采用微极性流体润滑,其油膜及轴瓦的温度均比采用牛顿流体有所升高,流体的微极性越强,温度升高越明显.     

动载轴承的非稳态热流体动力润滑分析

为了考察热效应对动载轴承润滑性能的影响,建立了动载轴承热流体动力润滑分析的数学模型,联立求解了广义雷诺方程、能量方程、固体热传导方程以及载荷平衡方程,得出了动载轴承的油膜压力分布、油膜温度场分布、轴心轨迹、流量和功耗。在求解过程中针对油膜和轴瓦温度场的时变性的不同,提出对它们分别进行非稳态和准稳态数值求解的方法。另外还采用了不同的温度边界条件进行计算。结果表明：在动载荷作用下,轴承的油膜压力、温度场、轴心轨迹、流量和功耗也随时间作相应的变化,不同的温度边界条件对计算结果有着显著的影响     

边界滑移对EMP径向滑动轴承性能的影响分析

弹性金属塑料瓦（ＥＭＰ）径向滑动轴承是一种新型的轴承,轴瓦材料的特殊性使其热变形远大于普通金属瓦轴承,但它所特有的边界滑移现象,对改善径向滑动轴承的润滑性能有较为明显的优越性,该文建立了计入边界滑移情况后对轴承３Ｄ热弹流分析的数学模型,并给出实例,对其润滑机理进行了初步的分析。     

液体动压向心滑动轴承的数值解

采用数值法分析解算液体动压向心滑动轴承,推导了油膜压力、承载力、摩擦力矩和端泄流量等的数值表达形式,计算了14个不同温度点及14种不同偏心率下的承载力、流量、摩擦力矩、载荷偏位角,并通过AUTOCAD绘制了它们之间的影响曲线。认为偏心率及油温对承载力影响很大,设计时应加以限制。拟合出的温度-承载力和偏心率-承载力关系式,经验证得到了较满意精度,适合于工程上应用。     

铁磁性流体自密封润滑滑动轴承特性的研究

建立了铁磁性流体自密封润滑滑动轴承静动特性的计算模型，用差分法对轴承的油膜压力方程、温度方程以及轴瓦导热方程进行了联立求解，计算和分析了该模型轴承在不同偏心率和不同长径比等工况下的静动特性。结果表明，在小偏心率和小长径比条件下，采用该模型轴承是可行的，轴承油膜温度比有端泄轴承的相应值高，轴承转速是影响油膜温度的主要因素。设计更加有效合理的密封形式是这种轴承发展和广泛应用的关键     

径向滑动轴承中油气两相流体的润滑特性

本文根据含有小气泡的油气两相流体的物理特性,建立了湿空气和油的两相流体润滑膜物理模型,以及径向滑动轴承的润滑基本方程,同时采用SIP法求解了上述方程,并对径向滑动轴承的性能进行了计算、分析。