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。     

高速圆柱滚子轴承保持架动力学分析

高速圆柱滚子轴承保持架动态性能及可靠性直接影响着轴承的工作性能,其运动不稳定性易造成轴承早期失效。本文在高速圆柱滚子轴承动力学研究基础上,建立了轴承保持架瞬态动力学方程,利用Newton— Raphson和龙格-库塔算法,对轴承保持架动态性能进行了分析,并开发了相应的分析软件,在此基础上,对保持架设计参数与轴承保持架动态性能关系进行了研究。研究结果表明,引导间隙和兜孔间隙是影响保持架稳定性的重要因素。     

高速角接触轴承油气润滑两相流动特性数值研究

针对油气润滑高速角接触球轴承腔内润滑冷却问题,提出了角接触球轴承油气两相润滑高精度数值计算模型。采用两相流模型和多重坐标系方法模拟轴承腔内两相流动特性;研究轴承运行工况及保持架几何参数对轴承腔内流场分布与换热效率的影响。结果表明:球形兜孔保持架轴承腔内的平均温度低于柱形兜孔保持架轴承,与实验结果相符。同时,过大或过小的兜孔间隙均会造成轴承腔内平均温度升高,因此合适的保持架兜孔结构与几何参数对于提高滚动轴承润滑性能至关重要。单个油气入口时,轴承腔内的润滑油分布并不均匀,在油气入口附近油相体积分数达到最大值;随着与入口位置距离的增加,油相体积分数逐渐降低。     

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。     

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。     

袋式轴承油膜特性及其对转子稳定性的影响

利用CFD软件分析了不同油膜厚度、转速和供油压力下袋式轴承的油膜特性及其对汽轮机振动的影响.利用UG软件建立袋式轴承的物理模型,导入Workbench的Mesh软件中进行网格划分,计算不同油膜厚度、转速和供油压力下的袋式轴承的油膜压力分布,分析油膜特性对汽轮机转子稳定性的影响.结果表明:油膜厚度、转速、供油压力对袋式轴承的油膜特性及对旋转机械转子稳定性具有重要作用.转速越大,油膜稳定性越好,汽轮机转子运行越稳定;在最佳的油膜厚度为0.06mm及0.07mm时使汽轮机能安全稳定的运行,并且供油压力在0.1~0.2MPa时,增大供油压力可以明显提升轴承油膜的承载能力,有利于轴承的稳定.     

弹流润滑悬挂式转子支承轴承轴向刚度的计算

以悬挂式转子的圆锥滚子支承轴承为研究对象,根据Hertz接触理论得出了沿圆锥滚子母线方向的弹性变形量表达式;根据弹性流体动力润滑的Dowson-Higginson油膜厚度公式得出了沿圆锥滚子母线的油膜厚度表达式;推导出考虑油膜厚度时计算圆锥滚子轴承轴向刚度的数学公式.并用一个实际算例说明,当轴向载荷不高的情况下,油膜的存在对轴承刚度影响较大,实际计算中不应忽略.     

采用聚酰亚胺保持架的轴承油膜厚度

本文研究了润滑油粘度、轴承转速、轴承接触角三种因素对采用聚酰亚胺轴承保持架的轴承油膜厚度的影响，为该类型轴承在实际应用中润滑油的选用及进一步探讨该类型轴承的润滑性能提供了试验依据。     

高速列车轴箱轴承典型故障特征的数值仿真分析

基于Adams建立考虑摩擦打滑和保持架效应的高速列车轴箱轴承完全动力学模型,分析高速列车轴箱轴承4种典型缺陷下滚子与保持架的故障动力学响应;通过EMD-包络谱抓取4种典型缺陷下的微弱故障信号特征频率,分析现有故障理论特征频率评估方法的局限性,并将EMD-包络谱方法抓取的特征频率与理论计算故障特征频率结果进行对比。研究结果表明：无论轴承是否存在缺陷,滚子的打滑率均在非承载区有所增大;外圈缺陷会导致保持架角速度比率呈正弦半波周期性变化;内圈缺陷会导致滚子角速度波动较大,保持架角速度偏高于理论角速度,保持架角速度比率呈非周期性激励波动变化,且波动频率较高;滚子缺陷仅对该缺陷的滚子的动力学特性影响较大;保持架缺陷对滚子与保持架的动力学特性的影响较小;理论特征频率计算公式需要充分考虑滚子-滚道摩擦打滑与滚子-保持架兜孔碰撞效应的影响。     

唇形密封圈对轴承转子动力学性能的影响

采用传递矩阵法构建了转子-轴承-密封系统的动力学模型,并建立了唇形密封圈径向刚度、油膜刚度和油膜阻尼的计算方法。以某核电站离心风机转子为研究对象,计算并分析了转子-轴承-密封系统弯曲振动的固有频率、阻尼衰减因子、模态振型和不平衡响应,以及唇形密封圈过盈量和轴偏心量对离心风机轴承-转子-密封系统动力学性能的影响,为转子-轴承-密封系统动力学性能的研究提供理论依据。     

滚动轴承保持架不稳定性分析

本文对保持架不稳定进行了分析，找出了保持架不稳定性的主要理论依据，提出了油膜厚度、粘性力、稳定性系数及恢复系数的计算公式。用恢复系数及摩擦系数建立了稳定曲线，给判断保持架稳定性提供了依据。影响保持架不稳定性的主要因素有磨损、碰撞和振动。     

可倾瓦推力轴承妄动过程瞬态热效应的实验研究

实验研究了可倾瓦推力轴承在２３００～５１００ｒ／ｍｉｎ的名义转速范围内时,空载快速启动及慢速启动过程中推力轴承油膜温度和油膜厚度的瞬态变化规律。实验表明,在启动过程中,油膜温度随转速的提高而升高,不同的升速时间对油膜温度的影响也不同,油膜的厚度也随转速的提高而升高。     

可倾瓦推力轴承启动过程瞬态热效应的实验研究

实验研究了可倾瓦推力轴承在 2 30 0～ 51 0 0r/min的名义转速范围内时 ,空载快速启动及慢速启动过程中推力轴承油膜温度和油膜厚度的瞬态变化规律 .实验表明 ,在启动过程中 ,油膜温度随转速的提高而升高 ,不同的升速时间对油膜温度的影响也不同 ,油膜的厚度也随转速的提高而升高 .     

时变条件下滑动轴承系统的多物理场耦合分析

针对传统非耦合分析方法无法研究轴颈、油膜与轴瓦之间的相互作用以及普通流-固耦合方法无法真实反应轴承运转工况的问题,提出了一种融合计算流体动力学、流-固耦合和热流耦合的瞬态分析方法,分析了时变条件下轴承系统速度、压力和温度的多物理场耦合,并分析了空化现象的影响,精确计算了恒定载荷下的偏心率和温升场,以及从启动到稳定过程的轴心轨迹.同时,分别考虑腔结构、轴颈转速和载荷对油膜压力、偏心率、温升和气穴的影响,并将计算结果与相关文献的实验结果进行比较.结果表明:所得计算结果与实验结果较吻合;轴承的轴心轨迹呈螺旋形;油腔数目对轴心轨迹、气穴和温升的影响很大.     

内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算分析

建立了内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算的数学模型和有限元模型.依此模型,对某四缸柴油机的5个主轴承进行了计算,分别算出其在一个工作周期内的油膜压力、油膜厚度、摩擦功耗和轴心轨迹.通过对计算结果的分析表明,第3号主轴承所受到的载荷最小,平均油膜厚度最小,平均油膜压力和摩擦功耗最大.第3号主轴承的润滑状况不佳.应对其进行摩擦学优化设计.     

柴油机曲轴轴心运动特性的研究

为研究载重汽车柴油机的曲轴轴承最小油膜厚度与轴承可靠性的关系，在分析J H0lland轴心轨迹计算模型的基础上，结合我国车用柴油机曲轴运动的特点，建立柴油机曲轴运动的计算模型并编制计算程序．运用该模型对CA6110型柴油机各个主轴承与曲轴轴心运动规律的计算，得到各主轴承在不同转速下的油膜压力图、轴心轨迹图及最小油膜厚度图，并据此对轴承的工作状况进行分析．研究表明，曲轴中间和两端的主轴承较其他轴承运动可靠性差，曲轴运动特性的计算模拟可为轴承主要结构参数的选择及轴承的可靠性分析提供一种理论分析方法。     

往复式冰箱压缩机曲轴动态特性与轴承润滑计算分析

提出一种往复式冰箱压缩机受动态载荷作用的悬臂曲轴动态特性及其主副滑动轴承油膜厚度的计算分析方法。采用压缩机汽缸内压力变化实测数据,考虑活塞、连杆与曲轴所受气体力和惯性力,建立了曲轴与电机转子横向位移与倾斜动力学方程;采用滑动轴承有限长油膜模型,并用有限元离散化方法数值逼近;观测了过负荷工况寿命试验后曲轴磨损情况,测量了曲轴圆度。对样机的计算分析结果表明:压缩机工作时,曲轴除转动与平移外,倾斜方位也在不断变化,但上部中心基本上在第一象限内,而下部在第三象限,转角为0°时曲轴倾斜最大;额定与过负荷工况下,曲轴与轴承孔上部会发生偏磨,而轴承与轴承孔下端过负荷工况会发生偏磨;增加曲轴直径,主副轴承最大偏心率都会减少,最小油膜厚度明显增加;转速增大会使主轴承油膜厚度减小,而副轴承油膜厚度增加。该结果可为节能环保冰箱压缩机的研发提供参考。     

含不对中与滚珠分布误差的球轴承刚度波动特性

轴承不对中可能导致保持架断裂和滚珠分布误差.为了分析不对中及滚珠分布误差对轴承刚度波动的影响,考虑外载荷及内、外圈不对中耦合情况,提出了一种含滚珠分布误差的深沟球轴承拟静力学模型.基于所提模型,进一步分析了外载荷及内、外圈不对中状态下,滚珠分布误差对深沟球轴承径向、轴向及倾覆刚度波动特性的影响.结果表明：外载荷及外圈不对中情况下,轴承刚度以滚珠通过外圈周期,即变柔度(VC,variable compliance)振动为周期进行波动.此时,滚珠分布误差的存在,会使轴承刚度以保持架转动周期进行规律性大幅波动.随主轴旋转的内圈不对中会使轴承刚度以一半的内圈转动周期进行波动,且滚珠分布误差会使刚度波动幅值增加.     

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。     

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.