柴油机曲轴主轴承THD模拟计算研究

针对重载滑动轴承中温度对轴承润滑特性的显著影响，对柴油机曲轴主轴承进行了THD模拟计算研究，将雷诺方程，能量方程和热平衡方程结合起来，对动载轴承动压流体润滑油膜进行了热平衡计算，并在此基础之上进行了轴心轨迹的计算。对计算结果显示出轴承的几何形状，润滑油类型和进口油温均对轴承润滑特性有很大的影响。     

光滑平面推力轴承的热流体动力特性

动压轴承的热流体动力特性是指计入沿膜厚方向的温度分布及油层和固体传热效应后的承载量、摩擦力等特性。本文采取适当的数学模型和方法,求得了推力轴承在广宽参数范围内的热流体动力特性,并提供系统的设计计算资料。将无量纲参数重新组合以便于进行参数分析并可更简洁地表达数据。文中给出了热效应载荷修正系数、最小膜厚修正系数及摩擦力修正系数。这些系数可用来很方便地估算推力轴承的热效应,所得结果与已发表的算例十分接近。     

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。     

表面粗糙度对低速水润滑滑动轴承混合润滑性能的影响

针对船用滑动轴承在低速水润滑工况下液膜承载能力不足导致的局部固体接触碰磨问题,研究了表面粗糙度对水润滑滑动轴承混合润滑性能的影响。假设轴颈和轴承表面粗糙峰服从高斯分布,以粗糙峰高度综合标准差表征表面粗糙度,联立平均雷诺流体润滑方程和GreenwoodTripp(GT)固体表面接触方程,对比分析了全膜润滑和混合润滑下的液膜厚度和压力分布,针对几种典型转速研究了表面粗糙度对轴承的液膜承载力及其最大压力、粗糙峰接触承载力及其最大压力、偏心率和最小名义膜厚的影响。数值计算结果表明:在低速水润滑工况下,混合润滑模型的最大液膜压力比全膜润滑模型降低一个数量级以上,粗糙峰接触压力的产生使得最小名义膜厚增加;随着表面粗糙度的增加,液膜承载力、偏心率、最大液膜压力和最大粗糙峰接触压力呈减小趋势,粗糙峰接触承载力和最小名义膜厚呈增加趋势;在混合润滑下转速对最小名义膜厚和偏心率的变化曲线没有影响。该研究可对低速水润滑滑动轴承优化及可靠性设计提供一定的参考。     

应用于高速透平膨胀机的箔片动压气体止推轴承的试验研究

针对现有箔片动压气体轴承结构较为复杂、理论分析比较困难,以及难以应用于高速旋转机械等问题,提出了改进的平箔型、黏弹性支承型、鼓泡型等箔片动压气体止推轴承.在高速透平机械气体轴承试验台上,采用透平驱动转子-轴承系统以及静压轴承支承活塞杆施加轴向力等试验方法,对箔片动压气体止推轴承在不同转速下的承载性能进行了试验研究.同时,利用快速傅里叶变换方法,分析轴承-转子系统在空间3个方向的振动信号,对箔片动压气体止推轴承的运转稳定性进行了探讨.试验结果表明:平箔型动压气体止推轴承具有较高的轴向承载力,约为44N,而鼓泡型动压气体止推轴承的性能非常稳定,轴承-转子系统的轴心轨迹十分清晰,轴向振动信号中低频和高频涡动可忽略不计,其振动频率以1倍频为主.     

全动压气体轴承透平膨胀机机械性能的试验研究

在一台额定转速为10 64×104 r/min的高速透平膨胀机(轴径为25 00 mm,转子质量为891 g)上,采用新型弹性支承箔片动压径向轴承和螺旋槽动压止推轴承对全动压气体轴承透平膨胀机的机械性能进行了试验研究,达到了转速为12 16×104 r/min、超速14%稳定运转的良好效果.还对全动压气体轴承副的性能进行了研究,验证了全动压气体轴承高速透平转子失稳的主要因素是动压止推轴承承载力丧失而造成的止推轴承失稳,并对止推间隙的影响因素和变化规律进行了探讨.试验结果表明,在高速透平机械中采用国产全动压气体轴承是完全可行的.     

新型弹性箔片动压气体止推轴承的理论研究

对新开发的弹性箔片动压气体止推轴承进行了理论分析,采用等温气体模型,导出求解该轴承静态特性的弹性流体动力润滑方程,利用有限元方法对方程进行求解,得到了该轴承在流固耦合下的压力分布和间隙分布,以及结构参数对轴承性能的影响.数值计算结果表明:节距比和瓦块张角存在最佳取值,节距比取0.5,瓦块张角为70°~90°时,可得到理论上的最大无量纲承载力;弹性模量越大,无量纲承载力随着间隙比和轴承数的增加而增大的趋势就越明显;选择合适的结构和材料,可以得到较高的承载力,这将进一步扩大该轴承的应用范围.     

高速水润滑径向滑动轴承的壁面滑移设计

为了研究高速水润滑条件下具有不同边界滑移表面的径向滑动轴承的摩擦学特性,运用二元滑移理论建立了相应的数学模型。模型考虑了流体边界的滑移效应,对经典雷诺方程进行了修正,并将流量守恒边界条件应用于空化区。通过仿真对比不同滑移表面对轴承性能的影响,以大承载力和小摩擦阻力为设计目标,对轴承及滑移表面参数进行了优化设计。结果表明:对于偏心率较小、宽度较小和直径较大的轴承,滑移-非滑移间隔表面能显著地提高承载力,降低摩擦阻力和减小空化区面积;当滑移区域与非滑移区域的分界线在普通轴承压力峰值和最小膜厚位置之间时,承载力可达到最大值。     

车用旋转密封件动压槽型线优化研究

分析了三次样条插值函数作为车用旋转密封件不同槽型曲线通用描述函数的可行性,研究了槽型曲线通用函数参数的确定方法,并利用贴体坐标变化,将物理域中任意不规则槽型转换为计算域中规则的扇形槽型,实现了对不规则槽型润滑模型的统一求解.在此基础上,以最大油膜承载力为目标,建立了旋转密封件的槽型优化模型,并采用试验设计法完成了多变量优化问题的求解;最后,比较分析了优化槽型、螺旋槽和直线槽的油膜承载力和压力分布特性.研究表明:三次样条插值函数可作为旋转密封件动压槽型的通用描述函数;型线中部具有凸峰的优化槽型,比螺旋槽和直线槽具有更大的油膜承载力.      

混合流态下带油腔滑动轴承静态特性分析

以带油腔的高速动压径向滑动轴承为研究对象,基于层流、紊流润滑理论,建立了层流、紊流同时存在于同一轴承油膜时的滑动轴承静态特性二维模型;分析不同轴颈转速下油膜内雷诺数、压力、温度的分布以及承载力、摩擦力、侧泄量等静态特性的变化;并将结果与无腔圆柱轴承和单一流态下的计算结果进行对比.结果表明:在动压滑动轴承流场计算中,必须首先正确判定油膜流态及计入温黏关系;由于油腔的存在,混合流态下油膜雷诺数、压力分布曲线呈现明显的阶梯性;与相同条件的无腔轴承相比,开设油腔会小幅降低承载力,但同时会减少摩擦和降低温升,综合性能较优.