织构化动压滑动轴承非线性油膜力解析模型

针对有限差分法(FDM)解析Reynolds方程迭代次数多的缺点,提出了一种基于Sommerfeld油膜边界,通过分离变量法求解表面织构动压轴承油膜力的解析模型。分析了长径比、偏心率和织构参数对非线性油膜力的影响,对比了本文的解析模型与短轴承模型、FDM和计算流体动力学(CFD)的计算结果。研究结果表明:长径比和偏心率分别为0. 25～0. 80和0. 10～0. 95的织构化轴承油膜压力和油膜力分别为近似抛物线分布和近似指数分布。长径比为0. 25的本文模型同短轴轴承模型油膜压力分布具有很好的一致性;而长径比为0. 80的本文模型与CFD计算结果,在0°～60°和130°～180°油膜域内也具有很好的一致性。本文模型能够准确地描述表面织构动压轴承油膜力的变化,同时该方法的正确性也得到了验证。     

CFX和Fluent在径向滑动轴承润滑计算中的异同探讨

基于CFD(计算流体动力学)理论,以径向滑动轴承润滑性能计算为例,分析了ANSYS中CFD模块CFX与Fluent在轴承润滑计算结果的异同.为此,建立了润滑计算模型,并采用两种模块对比分析了不同偏心率、转速及长径比工况下滑动轴承的摩擦学性能.结果表明:两种模块轴承润滑性能计算结果总体趋势基本吻合,但相对Fluent,CFX计算得到较小的最大油膜压力、轴承承载力和较大的摩擦系数;两种模块在大偏心率、小转速及小长径比工况下的计算结果偏差较大.     

考虑热效应的轴颈倾斜轴承润滑分析

文章考虑了润滑油粘温效应的影响,分析了稳态下倾斜轴颈径向滑动轴承的流体动力润滑特性.采用有限差分法求解Reynolds方程,用热平衡方程计算润滑油温升;在是否考虑温度影响的2种情况下,计算了不同轴承偏心率、轴颈倾斜方位和轴颈倾斜角时轴承的油膜压力、油膜反力、端泄流量、温度的变化、轴颈摩擦系数和保持轴承稳定工作的力矩.分析结果表明,轴颈倾斜和润滑油粘温效应对滑动轴承流体动力润滑特性有较大影响.     

混合流润滑条件下的水润滑橡胶轴承的润滑特性

针对水润滑橡胶轴承在混合流态下的润滑问题,基于层流、湍流经典润滑理论建立了水润滑橡胶轴承混合流态下的润滑方程,采用有限差分法分析了混合流润滑下的雷诺数、水膜厚度、衬层变形及水膜压力随偏心率、转速和长径比的变化规律,并将层流、湍流和混合流3种润滑流态下计算得到的润滑特性进行了对比分析。结果表明:混合流润滑方程比层流和湍流润滑方程更适合水润滑橡胶轴承的实际运行工况,混合流润滑下的水膜厚度、衬层变形和水膜压力的取值范围均处在层流润滑和湍流润滑之间;在混合流润滑下,雷诺数在承压区随偏心率的增大而减小,同时随转速的增加而增大;水膜厚度随偏心率的增大而减小,随转速和长径比的增大而增大;偏心率对最大衬层变形的影响最大,转速的影响次之,长径比的影响最小;水膜压力在承压区随着偏心率、转速和长径比的增加均增大。此研究可为准确分析水润滑橡胶轴承实际运行工况下的润滑特性提供参考,也可为计算流体动力学(CFD)仿真水润滑轴承润滑机理的研究提供依据。     

考虑孔加工锥度误差影响的液态金属润滑螺旋槽轴承性能分析

为了研究孔加工误差对液态金属润滑螺旋槽轴承性能的影响,建立了考虑孔加工锥度误差影响的轴承性能计算模型,进行了轴承工作静动态性能的分析。基于流体动力润滑理论运用有限差分法进行求解,得到了考虑孔加工误差时轴承油膜的压力分布图;通过设置不同的加工锥度误差得到了不同误差下轴承工作的静动态性能对比图;研究了加工锥度误差在不同偏心率下对轴承静动态性能的影响;确定了轴承所允许的孔加工锥度误差和偏心率的最佳取值。仿真结果表明:允许的锥度误差的大小与轴承所适用的偏心率范围有直接关系;控制加工锥度误差在0.007 5°以内、轴承偏心率不大于0.4时,轴承可以获得较稳定的静动态性能。此项研究对考虑加工误差的液态金属轴承设计具有一定的指导意义。     

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。     

重载条件下油膜轴承弹流问题的数值分析

油膜轴承以其特有的重载负荷特性广泛应用于大型板带材轧机,其润滑特征为典型的弹性流体动力润滑,通过对油膜轴承在不同工况下的刚性与弹性油膜承载能力、油膜压力、油膜厚度的计算对比,可以计算出轴承在不同偏心率时承受的实际轧制力和膜厚分布,同时讨论了影响油膜承载特性的相关因素之间的一些关系.     

高偏心率下旋转密封泄漏特性和静态动力特性研究

为了评估转子发生偏心时非同心旋转密封对透平机械运行效率和安全稳定性的影响,提出了基于动网格技术和三维RANS方程的高偏心率旋转密封三维计算网格的生成方法,以及高偏心率旋转密封静态气流激振力和静态刚度系数的数值计算方法,研究了高偏心率下旋转密封的泄漏特性和静态动力特性。采用文中所提方法计算分析了3种压比(0.17,0.35,0.50)、2种进口预旋比(0,0.5)和7种偏心率(0.0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.8,0.9)下的袋型阻尼密封泄漏量、静态气流激振力、静态刚度系数和流场特性。研究结果表明:旋转密封的泄漏量随偏心率的增大而增大;转子偏心和进口预旋产生了显著的正交叉刚度,易诱发转子发生偏心涡动而失稳;非阻塞工况下,旋转密封具有正的静态直接刚度;阻塞工况下,旋转密封的静态直接刚度存在穿越偏心率为0.5,静态直接刚度随偏心率的增大而增大,其值在穿越偏心率处由负值变为正值,以避免产生密封碰磨失效。     

深浅腔动静压轴承油膜特性

以用于某高精度数控车床主轴部件的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,在对其进行理论建模与分析的基础上,采用计算流体力学软件对深浅腔动静压轴承油膜特性进行分析.分析不同的转速、供油压力、偏心率、油膜厚度和深腔夹角等因素对油膜承载力、进油孔流量和油膜温升的影响.结果表明:进油孔流量随主轴转速的增加先增大后减小,随主轴偏心率的增加逐渐减小;油膜温度随外部供油压力的增加逐渐减小且趋于平缓;油膜厚度在0.03mm左右时承载力和温升最合适;在深腔夹角为10°时,油膜的动压效果最明显,油膜承载能力最强.     

一种轴承润滑油新空化模型

对油膜轴承进行计算时,空化模型的选择是决定计算精度的重要因素之一。目前常用的润滑油空化模型一般基于实验得到的油膜压力分布而提出,该文结合油膜轴承润滑油空化的机理提出了一种新的基于空气溶解度的空化模型,使用该模型对某径向轴承进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)计算,在不同的偏心率下的计算结果均与实验值吻合,计算精度与Half-Sommerfeld空化边界条件相比有显著的提高,并且该模型具有很好的算法稳定性。     

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。     

Effects of Dimensional Tolerances on the Friction Power Loss of Hydrodynamic Journal Bearing System

According to the dimensional tolerances on hydrodynamic journal bearing system, a nonlinear oil film force model was established,and the Reynolds＇ equation was solved by adopting finite difference method. In order to fulfill different dimensional tolerances in the system,adopting 2kfactor design and using the eccentricity ratio corresponding to the stability critical curve,the effects of the friction power loss brought by the dimensional tolerances of the dynamic viscosity,bearing width,bearing diameter and journal diameter were analyzed. The effect on dynamic characteristics of the hydrodynamic journal bearing system was quantitatively analyzed,and the nonlinear dynamic analysis, modeling and calculation methods were studied while considering the manufacturing tolerances. The results show that in contrast to the impacts of the tolerances in journal diameter,dynamic viscosity and bearing width,the bearing diameter tolerance would lead to the rise in the power loss, and the dimensional tolerances have different degrees of impacts on the journal bearing system. The friction power loss decreased as the eccentricity ratio increased, and when the eccentricity ratio was 0. 695 the power loss came to the minimum.The investigation would find the best solution and reduce energy consumption,then control varieties of nonlinear dynamical behavior effectively,and provide a theoretical basis for hydrodynamic journal bearing system in parameter design.     

油滴与深油膜正碰撞的动力学分析

为揭示航空发动机轴承腔中润滑油滴与壁面油膜的碰撞特性,采用VOF方法建立了油滴与深油膜正碰撞的三维数值分析模型.通过数值计算,分析了油滴与深油膜正碰撞后溅射油膜与空腔的形貌演化与流动铺展过程,以及二次油滴的初始特性;探讨了油滴直径和碰撞速度对碰撞结果的影响.结果表明:碰撞形成的溅射油膜以油滴接触点为中心向外铺展,最终发展为冠状油膜,其间伴随有大量尺寸各异的二次油滴产生;油膜内部形成的空腔近似空间半球形状,二次油滴的直径呈对数正态分布;随着油滴直径和碰撞速度的增大,油冠高度、空腔深度和直径均增大;二次油滴直径分布区间随着油滴直径的增大和碰撞速度的减小而更加分散.与相关试验结果进行对比,验证了提出的数值分析模型的正确性与可靠性.     

球磨机静压轴承油膜温度场数值模拟与分析

针对球磨机静压轴承经常发生烧瓦现象,基于热传导理论,对静压轴承油膜建立数值分析模型,并利用有限元分析软件ANSYS,得到了油膜温度场分布.研究表明:三维数值模拟分析可以揭示轴瓦面油膜温度分布,解决实际工程中由于油膜很薄导致静压轴承内部温度场无法直接测量获得的问题.油膜产生温升主要是受到剪切及系统发热造成,使得油液粘度变小,从而造成油膜的刚度和承载力等性能的改变.温度峰值区出现在靠近油膜边界处,为防止温升过高,可采取风冷、降低轴瓦比压等措施.分析结果对深入研究静压轴承运行过程中油膜的动态变化和传热机理、优化设计方案具有十分重要意义.     

液体动压滑动轴承油膜温度场的分析与计算

对油膜温度分布采用模拟薄膜平衡状态时最小位能原理，用有限元法分析并建立计算关系式，对液体动压滑动轴承油膜温度场工况提供了较精确的计算方法     

应力偶对滑动轴承热流体动力学特性的影响

研究了应力偶对有限长滑动轴承热流体动力特性的影响。推出了基于应力偶流体模型的油膜能量方程 ,并与应力偶流体的 Reynolds方程、轴瓦热传导方程一起联立数值求解 ,得到油膜的压力分布 ,油膜及轴瓦的温度分布 ,比较了 Newton流体和应力偶流体对轴承压力分布、温度分布及轴承承载力所产生的不同影响。结果表明 :应力偶流体在明显增大油膜压力的同时 ,也使轴承最大温度略有升高     

螺旋摆动液压缸间隙的优化设计

为获得螺旋摆动液压缸的润滑特性,在分析其结构和工作原理的基础上,设计7种不同径向间隙的螺旋副,使用Pro/E软件建立螺旋摆动液压缸内部流动油膜数学模型:利用Gambit 2.3.16进行结构化六面体/楔形网格划分后导入Fluent 6.3.26中,采用层流模型和SIMPLE算法,对不同径向间隙螺旋副内油膜三维流场和同一间隙不同偏心距下的螺旋流动特性进行模拟,得到螺旋副内部压力场以及承载力、刚度、最高温度、流量与间隙之间的关系.研究结果表明:螺旋副在径向间隙为0.10mm时性能最佳:为获得较大的承载性能,同一半径间隙,制造条件允许且能形成流体动压润滑条件下应选择较大的偏心距:当缸体和空心螺杆的表面粗糙度分别为3.2um和1.6μm,最小膜厚大于9μm时,能够形成良好的流体动力润滑.     

中间支撑可倾瓦推力轴承的工作温度

本文详细讨论了中间线支撑(支撑位置为0.5L)可倾瓦推力轴承的工作温度随轴承转速、载荷及流量变化而变化的关系。本文提供了这种轴承在极限支撑位置上轴承热效应的实验数据及分析结果。它也是[7]文的姊妹篇。试验证明,高速低载荷时以推力盘的工作温度近似油膜温度较好,而在低速及高载荷高速时仍应以轴瓦最高温度做近似估计。同时还表明,正确地估计轴承油膜的温升需正确确定油膜的进油口温度,而进油口处的温度将同时受到油腔温度,推力盘温度和热油传递作用的影响。     

机床主轴系统采用油膜辅助支承的研究

本文对机床主轴系统采用油膜辅助支承进行了试验研究,通过试验及计算机模拟计算,确定出油膜辅助支承最优阻尼系数。将CA6140型车床主轴系统的中间滚动支承更换为油膜辅助支承后,其共振频率提高11Hz,轴端共振振幅降低48％,极限切削宽度提高40％。油膜辅助支承具有结构简单、成本低、工作可靠、安装方便等优点,可使主轴系统的动态性能及切削抗振性得到显著提高,对其回转精度及其它性能均有较好效果。