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。     

基于正交设计法的柴油机主轴承润滑性能优化

为对主轴承结构参数和润滑油参数进行优化匹配,根据动载滑动轴承弹性流体动力润滑模型,结合AVL Excite软件对CA4D32柴油机主轴承进行多体动力学与弹性流体动力学耦合仿真.精确选取标定工况下影响各主轴承润滑性能的轴承宽度、供油压力、供油温度、润滑油类型、径向间隙、轴瓦油槽方向、轴颈油孔位置等关键因素,以最小油膜厚度为优化目标,基于正交设计法,确定各主轴承润滑性能最优参数组合,并对该参数组合进行仿真验证.结果表明:各主轴承最小油膜厚度增大9.1%～32.1%,一个循环内最小油膜厚度明显增大且其波动趋于平缓;各主轴承总摩擦功率损失显著降低.     

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.     

轴颈倾斜的水润滑橡胶艉轴承的静态特性

针对船舶艉轴承轴颈受载倾斜产生的摩擦磨损问题,建立了圆周式和沟槽式水润滑橡胶轴承中分面轴颈中心为基点的轴颈倾斜下的弹流润滑模型,采用有限差分法求解了在轴颈对中和轴颈倾斜状态下的压力及膜厚分布,分析了轴颈倾斜角变化对轴承油膜力、油膜力矩及压力中心等静态特性的影响。研究结果表明:轴颈倾斜前后,圆周式和沟槽式轴承静态特性变化明显,最大油膜压力在倾斜角增加超过某一阈值后迅速增长,最小油膜厚度随轴颈倾斜角增加而减小至可允许最小膜厚;由于轴颈倾斜后油膜压力沿轴向不再呈对称分布,压力中心向下沉端方向移动,继而产生油膜力矩且其值从0增大;轴颈可允许最大倾斜角随偏心率、允许最小膜厚等增大而减小。研究结果可为轴颈倾斜状态下水润滑橡胶轴承的润滑性能优化提供参考。     

滑动轴承椭圆度对转子加速过程振动响应的影响

针对传统固定瓦轴承无法根据实际工况调节轴承参数的问题,提出了一种椭圆度可调滑动轴承结构。该轴承结构基于机械传动原理,将主动控制应用于流体轴承,可以在不同转速下,根据转子实际的振动情况调节轴承椭圆度,通过改变油膜厚度来抑制转子的振动,使转子加速过程中的振动幅值始终保持在安全范围内。通过有限元法建立了转子轴承系统模型,用于计算转子加速过程的动力学响应,并通过改变该椭圆度可调滑动轴承的油膜间隙,分析了椭圆度对转子加速过程振动响应的影响。研究发现:经过临界转速区域时,转子属性表现为柔性转子系统,这时通过减小椭圆度、增大油膜间隙能有效抑制转子的振动;远离临界转速区域时,转子属性表现为刚性转子系统,这时通过增大椭圆度来减小油膜间隙也能有效地抑制转子的振动。     

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。     

考虑微观形貌时平面型推力滑动轴承润滑性能数值研究

选择平面型推力滑动轴承为研究对象,通过对粗糙表面的数值模拟,基于雷诺方程,构建了考虑微观形貌时的平面型推力滑动轴承润滑性能的计算模型。运用Matlab软件编程,针对一个具体的算例,采用数值计算研究了轴承工作时推力环旋转一周过程中最大油膜压力、承载能力、最小油膜厚度等参数的变化规律,发现其润滑性能与表面形貌有关;研究了转速、表面粗糙度等因素对推力滑动轴承润滑性能的影响规律,绘制了在保持全油膜润滑状态下速度和承载能力、摩擦力矩之间的关系曲线,并对这些曲线进行了分析。     

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.     

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。     

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。     

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅰ)理论分析

应用圆柱薄壳线性理论给出了波箔单波刚度的计算公式;由弹性体变形理论导出了波箔总刚度的计算公式;根据弹性流体动力润滑的概念,获得了适用于波箔轴承的总体雷诺方程;设定了波箔轴承的边界条件。文中还应用有限差分法对几种不同参数的径向波箔轴承进行了静态性能的计算,得到了压力分布、承载能力、偏位角和摩擦力矩的变化曲线。理论计算与试验结果基本相符。     

基于应力偶流体模型的动载轴承润滑研究

针对实际应用中的润滑油大多为含有高分子添加剂的应力偶流体 ,基于应力偶流体模型对动载轴承的润滑性能进行了数值计算。推导了动载情况下应力偶流体润滑的Reynolds方程 ,利用该模型求解了动载轴承的压力分布 ,比较了牛顿流体和应力偶流体对轴承承载力、轴心轨迹和摩擦系数所产生的不同影响。结果表明 :添加剂的分子链越长 ,应力偶效应越明显 ,并且越有利于提高动载轴承的承载力 ,增大油膜厚度 ,减小摩擦系数     

微沟槽形貌对水润滑轴承混合润滑特性影响的研究

建立了计入轴承内表面微沟槽形貌的水润滑轴承混合润滑(Mixed-EHDL)数值计算模型,着重研究了不同运行工况下,半椭圆形、矩形、等腰三角形、左三角形、右三角形等多种微沟槽形貌对水润滑轴承混合润滑特性的影响.研究表明:在所有微沟槽形貌中,混合润滑性能与承载性能优劣排序依次为右三角形、等腰三角形、左三角形、半椭圆形、矩形;在弹流润滑阶段,微沟槽形貌对水润滑轴承摩擦系数几乎无影响,而在混合润滑阶段,不同微沟槽形貌下接触载荷以及摩擦系数之间的差异随转速的增加呈现出先增大后减小最后趋于统一的规律性;在承载区,由于沟槽内水膜增压能力以及抽吸作用的不同引起了水润滑轴承混合润滑性能的差异,其中右三角形表现最优,而矩形最差.     

波动载荷对直齿轮微观热弹流润滑的影响

根据实测表面形貌数值拟合了一表面形貌函数,计入了波动载荷效应,考虑了表面粗糙度、时变效应和热效应,对直齿轮进行了微观热弹流润滑研究,分析了载荷波动频率和载荷波动幅值对油膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:低频波动载荷对压力、膜厚和最大温度影响较大,波动载荷频率较高时中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大温度基本不受波动频率影响;较低波动频率下双齿啮合变单齿啮合瞬时的接触区中心位置的瞬态温升较大,载荷波动频率的增大引起节点接触区入口处温升减小,随着波动频率的增大节点处接触中心位置的瞬态温升增大明显;载荷波动幅值较大时,接触区中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大温度波动幅度较大。     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

滑靴副润滑油膜成膜特性的理论与试验研究

为使滑靴副具有良好的摩擦性能,应使滑靴副处于全膜润滑状态. 通过耦合流体动力润滑方程、膜厚方程、任一点速度方程、流量平衡方程以及滑靴所受的力和力矩平衡方程,建立了滑靴的摩擦动力学模型,设计了滑靴副模型试验装置,仿真分析与试验研究了工作转速与压力对滑靴副油膜特性(中心膜厚、最小膜厚以及倾斜方位角)的影响. 仿真与试验结果表明,滑靴副的油膜厚度随工作转速的升高而增大,但增大趋势逐渐变缓;滑靴副油膜厚度随工作压力的升高而减小;低速高压下,滑靴副易处于混合润滑状态.      

困油时外啮合高速润滑泵全齿面油膜厚度计算

为把握困油压力和油膜两端压差以及与众不同的液压载荷,如何影响外啮合高速润滑泵齿面的最小油膜厚度,先从直齿齿轮传动的几何关系和刚性等黏度润滑理论入手,建立出包含初始压差的最小油膜厚度及油膜破裂点位置的计算式。实例的结果表明:困油压力造成了载荷的较大波动,甚至出现负值载荷;困油压力通过改变载荷和油膜两端压差来影响齿面的最小油膜厚度。总体上,困油压力以及油膜压差有利于改善齿面的润滑状态;困油时全齿面上的弹性参数和最小油膜厚度变化较大,刚度理论无法适用,并依据实际的弹性参数和黏性参数选自合适的公式再计算油膜厚度等;得出外啮合高速润滑泵的齿面润滑确有别于常规的齿面润滑。常规齿面相关润滑理论在后续外啮合高速润滑泵的设计应用上,应予以修正。     

考虑轴承热效应的转子非线性运动瞬态分析

研究了油膜热效应对滑动轴承非线性动力学特性的影响。给出了考虑油膜热效应的滑动轴承非线性油膜力的计算方法，用热量平衡法确定油膜平均温度，并把平均温度引入等温情况下的轴承非线性运动瞬态分析中，以实际轴承为例，对考虑热效应的转子－轴承系统的非线性不平衡响应进行了瞬态分析，得到了轴心运动轨迹，并与等温情况瞬态分析的计算结果进行了对比，通过一系列对比研究发现，轴承热效应对轴承的非线性动力学性能有重要影响，引入平均温度后可以减小不考虑热效应所引起的误差。