微机CAD系列支撑软件及丛书(10)——滑动轴承优化设计及CAD

本软件应用广泛,是高速、重型和精密机械的设备设计中不可多得的使用工具.该软件能设计以下六种滑动轴承:(1)圆柱径向动压轴承;(2)可倾瓦径向动压轴承;(3)无周向回油槽油膛式静压轴承;(4)有周向回油槽油腔式静压轴承;(5)腔内孔式回油静压轴承;(6)隙缝式动静式轴承.本软件对滑动轴承设计提供了很大的方便.本软件除可对上述轴承进行常规分析计算和优化设计,还能绘制工作图,能在微机上直接求解雷诺方程,进行优化设计和绘制工作图的全过程.     

恒定轨迹挤压油膜实验台设计

滑动轴承在动载工作条件下运行时,承载油膜受到轴承挤压和旋转剪切两种运动作用.其中挤压运动反映轴承在变载荷条件下,承载油膜抵抗拉应力的能力.平行平板动载挤压油膜实验就是研究动载油膜分布机理的一种简化方法.为完善前人工作的不足之处,搭建自制的恒轨迹挤压油膜实验台,以便于模拟滑动轴承的动载工况,对动载油膜空穴的本质进行更深入的研究.     

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     

考虑弹性变形的动载滑动轴承润滑非线性解

对于高速、动载、径向滑动轴承的油膜压力及轴心轨迹的计算,一般沿用Hahu或Holland 的分项计算方法.将挤压油膜压力与旋转油膜压力分别计算,然后叠加.可是,对于重载轴承,油膜压力的峰值较高,轴承的弹性变形不可忽视,润滑油的粘压效应亦较突出.这时,雷诺方程将成为一个非线性微分方程,不能沿用上述方法计算.本文应用等参数有限元法,系统地提出了一个整体的计算方法,预示了动载轴承的油膜压力、轴心轨迹和最小油膜厚度.为了符合变形的真实情况,本文对轴承的变形,尤其是两端的影响,在运用半无限空间弹性体的结论时,也作了适当的修正.     

液体静压轴承的特性分析和优化设计

本文讨论毛细管节流和小孔节流的多油腔、无周向回油槽的液体静压向心滑动轴承,从流量连续性方程出发,对任意油腔数的轴承特性进行分析,导出油腔压力、承载量和刚度、流量以及功率损耗的通用计算公式,以便上机运算;说明了一些无因次设计参数对轴承特性的影响。由于轴的转速越来越高,轴承的发热和温升是个突出矛盾。为此,对给定的油腔几何尺寸,讨论在承载能力和刚度为最大的约束条件下,以功率损耗为目标函数,利用电子计算机进行最优化设计,用罚函数法将有约束最优化问题化为一系列无约束最优化问题,采用Powell法寻求最优解,编制了详细的程序框图和FORTRAN程序。     

油膜轴承倾斜承载对冷连轧机启动的影响

针对某CVC带钢冷连轧机启动阶段支持辊油膜轴承静压承载能力不足的问题,应用流体润滑理论,建立了轴承倾斜工作下静压承载能力的全润滑系计算模型,分析了轧机压下倾斜、油泵功率和节流器液阻对轴承静压承载性能的影响. 计算结果表明,压下倾斜过大会造成轴套与衬套的轴线出现倾斜,进而导致轴承的静压承载能力急剧下降,是造成轴承寿命缩短、连轧机启动频繁失败的根本原因. 在实际生产中,限定了轧机压下倾斜设定值上限,增大了润滑油黏度,从而有效提高了轴承的承载能力,机组启动成功率显著提高.     

推力轴承油槽油流态的研究

通过有限元分析，研究了巨型推力轴承油槽中油的流态．建立了描述油槽中流体三维素流相对应的基本方程组，介绍了根据推力轴承油槽的实际结构建立的简化模型及计算结果，并对结果进行了分析，得出了对推力轴承的设计与实验有指导意义的结论．     

基于FLUENT的插齿机主轴液压轴承静态特性研究

利用基于有限体积法的计算流体力学软件FLUENT对插齿机主轴液压轴承的流场进行三维数值仿真,计算出轴承的动静态承载能力、流量、油膜刚度,分析并得出了相关轴承结构参数对液压轴承静态特性的影响规律．结果表明：当主轴静止时,随着偏心率的增大,承载能力随之增大,静态刚度逐渐减小;低速旋转时,承载能力和刚度均随着偏心率的增大而增大;当主轴在高转速大偏心率时,存在动压效应,并且动压效应对承载能力的影响不可忽略．分析结果可以为静压轴承的设计和优化提供新的计算方法和参考依据．     

加强型圆锥滚子轴承保持架的三维有限元应力分析

本文给出了分析保持架强度的三维有限元模型,并对7815E轴承保持架做了分析计算,给出了保持架的可能破坏部位.基于分析计算结果,提出了优化结构进而增加轴承承载能力的可行途径.     

典型油槽向心关节轴承的接触特性分析

文章利用有限元方法(finite element method,简称FEM)分别建立了无油槽、单环形油槽、"8"字形油槽(交叉油槽)向心关节轴承的三维有限元模型,并分析了它们在相同载荷条件和边界条件下的应力和应变情况,得出了各轴承内、外圈分别沿轴向的应力应变分布图以及内外圈之间的接触压力分布云图,据此研究不同油槽对关节轴承接触特性的影响。结果表明,油槽对于轴承的应力应变及接触压力分布均有较为明显的影响,故轴承设计时应充分考虑该因素。     

动静压支承滑动轴承性能分析

对用于承载部件的动静压支承滑动轴承进行了弹性流体润滑分析.采用有限元方法产生柔度矩阵计算动静压支承滑动轴承的弹性变形,并在考虑滑动轴承弹性变形下,得出其动压效应随轴承转速的变化、承载能力随偏心率的变化以及静刚度随偏心率的变化情况.结果表明,在弹性流体润滑分析中,用柔度矩阵法可以准确计算动静压支承滑动轴承的弹性变形以及承载性能.     

加工误差对气体静压径向轴承的影响

建立了一种考虑影响气膜厚度误差、圆度和圆柱度误差的气膜厚度分布综合表达式,考虑加工误差对气体静压径向轴承的影响,进行了气体润滑有限元分析.分析表明:圆度和圆柱度误差对轴承的承载能力影响不大;气膜厚度误差为平均气膜厚度的5%时,承载能力变化约为10%.     

毛细管节流的油膜轴承结构参数设计分析

油膜轴承的结构参数对其承载能力和油膜刚性起决定性的作用,轴承结构参数主要包括腔型结构、油腔数目、节流器参数等.对上述参数进行了分析.对腔式及垫式静压轴承、偏心油楔及阶梯腔的动静压轴承进行了静态设计计算,运用数值计算方法结合MATLAB软件编程求解了轴承结构参数与油膜承载能力间的相互关系.结果表明:阶梯腔结构相比于其他几种结构形式的动静压轴承具有更为理想的承载能力.     

动载非单油叶轴承非稳态非线性油膜力数学模型

对椭圆轴承油膜区做了适当假设,在考虑了轴径中心的周向和径向扰动速度对油膜区影响的条件下导出了可用3个动态参数表示的椭圆轴承非稳态非线性油膜力的一般公式,并导出了短轴承非稳态非线性油膜力的解析表达式。指出椭圆轴承中用到的处理方法可用于处理三油叶等多油叶轴承。     

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.     

浙江舟山大陆连岛工程H匝道静动载试验研究

为了测试某互通立交匝道的整体受力性能,对该桥进行了静、动载试验,通过将理论计算和试验数据进行对比分析,对该桥的整体受力性能和承载能力进行了评价.试验结果表明:该桥在静载作用下各控制截面的应变和变形满足设计要求,在动载作用下的振动频率和振动阻尼比与理论计算结果吻合较好,该桥的强度、刚度和动力特性皆满足设计要求.     

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.     

Power MEMS气体动压径向轴承承载能力的分析

在微尺度条件下,为了实现超高能量密度的目标,Power MEMS通常要求其轴承转速达到106 r/min数量级以上,于是提出了微尺度超高转速气体动力润滑轴承的研究.论述了气体动力润滑轴承的微尺度结构特征,提出了Power MEMS气体动压径向轴承承载能力的验算方法,分析了微尺度条件下气体动压径向轴承结构参数对轴承承载能力的影响.     

周向平均形式的S_2流面计算

本文按照周向平均的方法,应用古川、井上给出的周向平均形式的平衡条件式,对翼形斜流叶轮考虑非轴对称时的S_2流面进行了计算,并将它与轴对称时的计算结果作了比较。     

螺旋弹性滚子轴承的分析计算

为了分析承受径向负荷的螺旋弹性滚子轴承的螺旋滚子,建立了力学模型并进行了试验验证,同时对其径向变形及承载能力进行了计算。在同时考虑滚子的径向变形及滚子同内外套圈间接触变形的因素后建立了确定该类轴承承载能力的方法。对内外螺旋套图推导出了其装配预紧量同其结构尺寸间的关系。