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.     

单圆盘对称粘弹性转子轴承系统的动力分析

采用单圆盘对称粘弹性转子轴承系统的运动模型，计算了有限长滑动轴承的非线性油膜力，利用四阶龙格－库塔法求解其运动方程，模拟出轴颈与圆盘的运动状态（位移和速度），采用线性油膜力分析了系统的线性失稳转速，采用非线性油膜力分析了平衡转子在不同转速下的稳态解，计算了转子轴承系统的不平衡响应，并分析了偏心激励对运动状态影响的复杂性，研究表明，只有在小偏心激励的情况下，采用线性油膜力计算不平衡响应才是可行的。     

椭圆轴承-转子系统快速运动状态分析

基于滑动轴承油膜力数据库的连续性分析，建立了椭圆轴承非线性油膜力的神经网络计算模型，该模型采用混沌扰动的BP算法训练网络，其计算结果吻合于数值解，和数据库计算方法相比，提高了计算效率，将油膜力的网络模型用于椭圆轴承－转子系统的运动方程中，可快速准确地获得系统的运动状态，在不同转速下，系统表现出同步周期运动，倍周期运动，拟周期运动或混沌等曲型的非线性运动特性，应实例表明，该模型可有效地用于旋转机械非线性动力学问题的研究。     

水轮发电机组轴系非线性力学模型的建立

讨论了水轮发电机组轴系的建模问题，在综合考虑油膜力、发电机不平衡磁拉力的非线性特性的基础上，同时考虑推力轴承、水封、轴承处支撑结构的影响，建立了系统的非线性动力模型。研究结果为水轮发电机组动力学分析与设计提供了可靠的理论依据。     

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。     

可变阻抗滑动轴承的动态特性及其对转子不平衡响应的影响

讨论了可变阻抗滑动轴承的工作原理、理论模型及其油膜动力学系数的计算方法，并分析了由可变阻抗滑动轴承支承的转子不平衡响应，结果表明这种轴承有可在机器运行条件下有效地改变系统临界速度和不平衡响应幅值等动力学特性，从而达到控制机器动力学性能的目的     

具有非线性油膜力的滑动轴承转子系统振动特性研究

本文为研究非线性油膜力和轴承外弹性阻尼对流体动压滑动轴承转子系统的振动特性的影响,按单圆盘挠性转子模型,建立了非线性运动方程式,并据此发展了一个RKP 程序.这个程序能够处理各向同性和不同性轴承外弹性阻尼的影响,又能处理可能施加于轴承上的多种外界干扰,并能适应从圆柱轴承到特殊孔形固定瓦轴承非线性油膜力的需要.文中介绍了利用这个程序计算已经得到的结果.结果显示有可能利用外弹性阻尼支承结构抑制系统振动,使系统能在通常意义下的“线性失稳”界限以上的转速下工作.     

油膜轴承瞬态非线性油膜力的力学建模及其表达式

讨论了油膜轴承瞬态非线性油膜力的力学模型、数学表达式及其基本性质.指出建模中考虑油膜自由边界瞬态性的重要性;对短轴承论证了"动态π油膜"模型;对有限长轴承,提出了用变分法决定油膜瞬态自由边界位置;提出了非线性油膜力一般表达式,它由3个函数组成"瞬态刚度矩阵\\"和"瞬态阻尼矩阵\\";导出了这3个函数的一般表达式;证明了瞬态阻尼矩阵的正定对称性,表明非线性油膜力具有正阻尼特性.具体讨论了两类油膜轴承的油膜力解案.一是圆柱短轴承油膜力精确解;二是采用变分方法对有限长椭圆轴承获得油膜力的高精度近似公式.通过实例,证实了变分方法的高效性.     

滑动轴承-转子-定子系统耦合故障的非线性动力学特性

以某型发动机转子碰摩故障为背景,建立了滑动轴承-弹性转子-定子系统碰摩故障的四质量非线性动力学模型,分析了非线性油膜力、油膜剪力和碰摩力对转子系统耦合故障响应的影响·利用数值模拟分析了考虑油膜剪力情况下该系统的分岔与混沌运动,得到了该轴承转子定子系统在某些有实际意义的参数域内的非线性响应的Poincar啨映射图、Lyapunov指数曲线图、分岔图、相轨线图、轴心轨迹图和幅值谱图,发现了该系统的丰富的非线性行为·分析结果表明,系统响应在较宽的频率范围内存在着分频周期运动、拟周期运动和混沌运动,在混沌运动区内存在大量的窄带周期窗口     

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。     

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     

进给系统成对安装的角接触球轴承热分析

考虑轴承的离心力、陀螺力矩等因素建立滚珠的动载荷平衡模型,利用牛顿-拉弗逊法求解.然后对轴承、丝杠轴、轴承座取温度节点,考虑轴承热节点之间的接触热阻并利用轴承内部温度变化结合润滑剂的黏温效应实时修正轴系热源发热量、热边界条件等特性参数,建立机床进给轴承系统成对安装角接触球轴承的瞬态热网络模型.利用差分矩阵结合Matlab软件数值求解预测出不同进给速度下轴承座表面等重要节点的瞬态温升曲线,分析不同转速下轴系温度场的变化.并对不同进给速度下的轴系安排实际工况下的试验验证,证明了预测模型的有效性.     

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 .     

滑动轴承启动与变工况时的轴承温度

文章结合试验台架,对径向滑动轴承在启动和运行过程中加速、加载时轴承温度变化历程特性进行了实验研究。实验结果表明,在流体充分润滑状态下,由于热惯性作用,试验轴承由启动到达到热稳定温度需要700~800 s;加速且速度变化大时,温度变化显著,达到新的热稳定状态所需的时间也越长;相同转速下,载荷变化对轴承温度的影响较小,转速变化对轴承温度的影响大于载荷变化的影响。     

热阻网络法在轴系温度场求解中的应用

为了获得主轴系统的温度场,建立了主轴、轴承、套筒、轴承座、端盖的传导和对流换热热阻模型.通过热节点的热量平衡分析,建立了热节点的热量平衡方程组.采用Newton-Raphson法对热平衡方程组进行求解,获得了轴系温度场,对轴承预紧力和主轴转速、轴承初始接触角以及润滑剂黏度对轴系温度场节点温度的影响进行了数值分析和试验.结果表明,在不同的工况下,主轴系统温度场的分布是不同的,轴承的预紧力和主轴的转速越大,轴承的温度就越高,而轴承的初始接触角越大,轴承的温度则越低,并且润滑剂对轴承温度的影响在主轴高速运转时表现得更加明显.因此,通过对轴承预紧力的调节和轴承初始游隙的设定,不仅能够控制轴承工作时的温度场分布,而且可有效地避免滚动轴承的内、外圈因温度过高而导致的失效,从而提高滚动轴承的服役性能.     

液体动力润滑滑动轴承实验方程的研究

在HZS－1型滑动轴承试验台上进行一系列试验，测定了全液体润滑条件下轴承摩擦系数变化的规律，提出用电子计算机辅助进行一元线性回归分析，建立了轴承摩擦系数试验方程，为机械设计提供了依据．     

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。     

滑动轴承动力特性的数值计算方法

将计算流体动力学与简谐激励法应用于滑动轴承动力特性系数的求解,通过采用全新的变流域动网格技术提出一种基于瞬态流场计算的滑动轴承动特性的计算方法。利用所提出的方法计算典型滑动轴承的刚度、阻尼系数,并与已有的经典计算结果进行比较。结果表明:两种方法的计算结果基本吻合,提出的新方法不仅考虑了计算初值的影响,而且计入了实际存在的油膜破裂现象,满足精度要求,有效可行。     

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.     

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.