高速角接触球轴承腔内气相流动与传热特性研究

针对高速运转滚动轴承腔内空气在接触区周围形成的高压区阻碍润滑介质进入,从而导致供油效率降低的问题,以B7008C角接触球轴承为研究对象,考虑轴承几何结构细节,建立了角接触球轴承腔内气相流动模型,采用旋转坐标系描述轴承各组件运动,分析滚动轴承在不同转速与保持架结构参数下的气相流动。用该模型分析了轴承腔内气相流场,揭示了轴承公转、钢球自旋、保持架结构等因素对轴承腔内气相流型与传热效率的影响规律。结果表明:随着公转转速升高,气流速度升高,轴承腔内压差增大;高速下钢球的自旋效应使轴承腔内气压升高,分布不均匀性加剧;保持架兜孔形状、兜孔结构等参数影响换热效率与压力场分布,随兜孔间隙增大,保持架对流换热系数升高。轴端贴近轴承内圈处是配置供油单元出口的理想位置。     

球轴承窗式保持架兜孔与滚珠间润滑性能

以球轴承窗式保持架与滚珠间的流体动压润滑问题为研究对象,建立了滚珠-兜孔运动关系和力学分析的计算模型,建立了滚动轴承启动阶段和稳定运转阶段滚珠-兜孔油膜压力分布和油膜厚度的数值计算方法。以SKF61928MA轴承为研究对象,计算出轴承内圈转速、保持架角加速度,并研究了保持架兜孔尺寸对滚珠-兜孔润滑油膜的性能影响规律。结果表明,在稳定运转阶段,滚珠-兜孔间最小油膜厚度基本保持不变;在启动加速阶段,保持架加速度越大,油膜厚度越小。     

高速球轴承喷油润滑流场特性研究

为了揭示高速运行条件下轴承腔内油气两相的分布情况,提升高速轴承的喷油润滑效果,考虑滚动体自转及公转运动,通过定义旋转坐标系描述轴承各组件运动关系,构建轴承腔内油气两相流动精确分析模型;在此基础上,采用流体体积函数(VOF)模型及压力耦合方程组的半隐式(SIMPLE)算法对轴承腔内油气流动进行求解,得到油气两相在轴承腔内的分布状态;通过探讨不同工况下润滑油在轴承腔内的宏观运动规律,从压力分布、润滑介质分布特性等角度评估了喷油润滑条件下高速轴承的润滑性能。结果表明:受轴承内部气流影响,润滑油脱离喷嘴后逐渐发生偏移,运行转速越高,偏移越大,导致高速时润滑油难以直接到达滚球与内外圈接触区附近;当转速升高时,运动部件上的润滑油逐渐减少,成为制约喷油润滑效果的关键因素。     

回油槽结构参数对轴承腔油气两相流的影响

针对航空发动机轴承腔滑油回收和冷却困难等问题,对现有轴承腔回油结构进行了改进,基于VOF多相流模型,采用CFD软件对腔内油气两相流动及换热进行瞬态数值模拟,分析了回油槽结构参数对腔内滑油滞留体积分数、回油比和壁面对流换热系数的影响.结果表明:随着转速增大,轴承腔的回油能力呈下降趋势,而壁面换热能力逐渐增强;随着槽宽的增加,滑油滞留体积分数先减小后增大,而回油比逐渐增大;随着槽深的增加,滑油滞留体积分数逐渐减小,回油比呈增大趋势;相比于基础模型,窄槽(w=1.0)和浅槽(h=1)能有效提高轴承腔壁面换热能力;适当调整回油槽位置可提高轴承腔回油与换热性能.     

考虑润滑碰撞的精密轴承保持架动态特性

保持架作为轴承中的浮动组件,在套圈引导和滚动体撞击作用下随机运动,其动态特性直接影响精密轴承的服役性能。为了准确分析保持架的动态特性,考虑轴承保持架和滚动体之间真实润滑状态和碰撞过程建立了滚动体和保持架润滑碰撞模型及精确的保持架动力学模型,分析了轴承预紧力、径向载荷、内圈转速及引导-兜孔间隙比对精密轴承保持架动态特性的影响规律。实验结果表明,相比于传统的保持架兜孔-滚动体干摩擦模型,考虑润滑的保持架动态特性分析与实验现象更吻合。相同转速下,增大预紧力或径向载荷可以降低保持架打滑率,相比径向载荷,预紧力对保持架打滑的影响更大。保持架在低速和高速下呈现不同的打滑形式,低速下外载荷对保持架打滑影响不大;高速下外载荷对保持架打滑影响较大。相同预紧时保持架打滑率随轴承内圈转速增加而增加,中预紧时转速对保持架打滑影响最小。随着引导间隙-兜孔间隙比的增加,保持架打滑率降低。研究工作可为精密轴承保持架的设计提供一定的依据。     

高速精密角接触球轴承旋转精度创成机理研究

从角接触球轴承内部的几何关系入手,建立了用于分析高速精密角接触球轴承旋转精度的五自由度拟静力学模型.考虑了离心力、陀螺力矩、润滑以及加工误差等,如波纹度的影响,并通过数值迭代方法的求解,着重分析了分布于内外圈沟道及球上的波纹度对角接触球轴承非重复性跳动的影响规律.研究发现,轴承套圈上只有特定阶数的径向和轴向波纹度组合才会使角接触轴承产生十分明显的径向非重复性跳动.对于单一球上存在波纹度的情况,只有当波纹度阶数为偶数时才会对轴承的旋转精度产生十分明显的影响,而奇数阶波纹度几乎不会使轴承产生径向非重复性跳动,并且非重复性跳动值随着球数的增多而减小.     

轴向柱塞泵工作腔吸油气穴数值解析

为揭示轴向柱塞泵吸油时工作腔内的气穴现象并寻求控制方法,利用AMESim软件建立柱塞工作腔吸油模型.以工作腔内无空气析出作为目标函数,应用遗传算法对吸油短孔尺寸进行优化,获得吸油短孔直径的临界值以及腔内压力与空气析出变化曲线;利用Fluent动网格技术,使用湍流k-ε模型与气穴模型对优化的工作腔进行动态流场计算,给出腔内流场压力与空气体积分数分布.结果表明:在缸体转角90°附近,工作腔内负压最低;吸油短孔直径大于临界值时,腔内压力高于空气分离压,无空气析出;腔内负压分布不均匀,工作腔底部附近压力较低,空气体积分数较高.     

角接触陶瓷球轴承弹流润滑状态分析

基于点接触弹流润滑理论,建立角接触陶瓷球轴承弹流润滑的数学模型,采用多重网格法分析油气润滑条件下内部接触区的润滑状态,得到角接触陶瓷球轴承的点接触弹流润滑完全数值解.分析结果表明:由于颈缩的存在,在相应的位置上将出现二次压力峰;在二次压力峰处,油膜开始收缩,形成出口区的颈缩现象;随着转速的增大,外圈油膜最大压力连续增大,内圈油膜最大压力变化不明显,内、外圈最小油膜厚度随转速增大而增大;轴承载荷影响主要表现在压力分布上,随着载荷逐渐增大,内圈接触区油膜最大压力变大.     

喷射润滑高速轴承内部油气两相流动研究

针对喷射润滑高速轴承内部产生的油气两相流动状态,基于VOF方法和滑移网格技术建立了油气两相流三维瞬态仿真模型,研究了轴承内部的两相流流场,揭示了润滑油喷入轴承后的油气混合过程,明确了轴承内部的油气比例和分布状态.建立了轴承结构-转速-供油量与轴承内部实际油液体积分数之间的联系,分析结果显示油液体积分数随转速的升高而降低,随供油量的增大而增加,并呈非线性关系,轴承内部油气分布不均匀,为高速滚动轴承的温度场分析提供了更为接近实际的边界条件.     

固体润滑滚动轴承动态特性有限元分析

参照卫星驱动机构使用的C36018固体润滑角接触球轴承,建立了三维模型,借助ABAQUS有限元软件,对固体润滑滚动轴承进行显式动力学仿真分析,得到了不同转速和轴向力下轴承各部件的动态接触应力及滚珠和内圈的运动状态,并与无涂层润滑条件下的结果进行了对比分析.结果表明:轴向载荷增加,轴承各个部件的应力幅值都有所增大,滚珠和保持架开始转动所需的时间缩短;转速增加,接触区域应力峰值变化频率增大,但对应力幅值的影响很小;具有固体润滑涂层的滚道接触面,在与滚珠发生接触时,涂层发生弹性变形,接触面积增大,接触应力减小,可以有效地保护轴承.