变工况下高速轴承表面沟槽润滑增效设计

针对滚动轴承在高速高压气帘影响下供油不足的问题，提出了基于表面沟槽结构的轴承润滑增效方法。首先，建立了考虑轴承真实结构、组件内部运动的轴承润滑仿真模型，利用沟槽的引流作用增强润滑油轴向流动能力，进而提升轴承润滑效率；其次，考虑轴承变工况服役特点，研究了供油量、转速、沟槽尺寸、喷嘴直径等因素对轴承润滑性能的影响规律，结合正交设计获得了影响沟槽润滑增效的多因素敏感性排序，基于参数归一化方法构建了适用于变工况的最优沟槽宽度预测公式。搭建了高速轴承润滑实验台，对比分析了不同宽度沟槽在轴承变工况下的润滑增效作用，结果表明，当轴承转速超过6 000 r/min时，所提方法获得的最优沟槽结构使得轴承接触区润滑油流量提升5倍以上，显著提升了轴承的润滑效率。     

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。     

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.     

组件温度对球轴承热冲击流变润滑特性的影响

为了研究组件温度对球轴承热冲击流变润滑性能的影响,考虑轴承组件温度与供油温度之间的差异,采用Eyring剪稀流体建立了球轴承热冲击流变弹流润滑模型,利用多重网格方法与时变性、流变性和温度场的分析技术研究了组件温度对动态油膜热流变弹流润滑性能的影响,并对极端工况下的热失效现象进行分析.结果表明:滚动体温度越高,其油膜厚度及摩擦系数越小;在极端工况下,轴承内圈与滚动体之间出现了高压、高温和低膜厚现象;轴承内圈温度达到边界膜脱附时的第1临界温度,且轴承内圈与滚动体之间处于混合润滑状态.因此,分析滚动轴承的非稳态热流变弹流润滑特性时需考虑轴承温度场的影响.     

含气率对油气润滑性能的影响

根据弹性流体动压润滑理论,对油气润滑滚动轴承问题进行了数值模拟研究,详细探讨了润滑油中混入气体后对滚动轴承油膜形状、承载区压力、量纲一摩擦力、量纲一承载力等性能的影响.研究表明:在同等条件下,油气润滑能增加滚动轴承的油膜厚度、增大承栽油膜范围、使量纲一摩擦力降低25.8%,量纲一承载力提高2%.揭示了油气润滑性能优于传统油润滑性的内在原因.     

高速球轴承喷油润滑流场特性研究

为了揭示高速运行条件下轴承腔内油气两相的分布情况,提升高速轴承的喷油润滑效果,考虑滚动体自转及公转运动,通过定义旋转坐标系描述轴承各组件运动关系,构建轴承腔内油气两相流动精确分析模型;在此基础上,采用流体体积函数(VOF)模型及压力耦合方程组的半隐式(SIMPLE)算法对轴承腔内油气流动进行求解,得到油气两相在轴承腔内的分布状态;通过探讨不同工况下润滑油在轴承腔内的宏观运动规律,从压力分布、润滑介质分布特性等角度评估了喷油润滑条件下高速轴承的润滑性能。结果表明:受轴承内部气流影响,润滑油脱离喷嘴后逐渐发生偏移,运行转速越高,偏移越大,导致高速时润滑油难以直接到达滚球与内外圈接触区附近;当转速升高时,运动部件上的润滑油逐渐减少,成为制约喷油润滑效果的关键因素。     

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.     

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.     

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。     

计入浮环传热的增压器浮环轴承润滑分析

以增压器浮环轴承为研究对象,基于浮环平衡模型、流体润滑模型和热量分配模型,计算不同工况下内层油膜与外层油膜之间传递的热量,并以此作为润滑分析的条件之一,提出了没有热量传递时外膜偏心率的识别方法,并对浮环轴承润滑性能进行研究,主要分析讨论浮环传热在不同外膜偏心率和不同转速下对浮环轴承润滑性能的影响.结果表明,不同外膜偏心率下,浮环传热的情况有较大差异;存在某一外膜偏心率,内膜-浮环-外膜间没有热量传递;转速越高,浮环传热量越多;浮环传热对环速比的影响较大;计入浮环传热后,浮环轴承内外膜温升、内外膜摩擦功耗、外膜端泄流量有较明显变化.     

液体动压向心滑动轴承的数值解

采用数值法分析解算液体动压向心滑动轴承,推导了油膜压力、承载力、摩擦力矩和端泄流量等的数值表达形式,计算了14个不同温度点及14种不同偏心率下的承载力、流量、摩擦力矩、载荷偏位角,并通过AUTOCAD绘制了它们之间的影响曲线。认为偏心率及油温对承载力影响很大,设计时应加以限制。拟合出的温度-承载力和偏心率-承载力关系式,经验证得到了较满意精度,适合于工程上应用。     

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.     

轧机动压油膜轴承润滑油量的计算

为了研究轧机动压油膜轴承润滑油量的各种计算方法的准确性,给钢铁企业轧机油膜轴承润滑系统的设计提供理论参考。给出了油膜轴承润滑油量的相关理论计算方法和经验公式,分析了影响油膜轴承润滑油量的具体因素,并且结合实例对给出的计算方法进行了对比分析。计算结果表明：采用经验计算方法如根据轴承热平衡方程求润滑油量和根据轴承相对间隙及偏心率求润滑油量、数值计算方法以及理论计算方法的计算结果较为接近,能够满足生产要求;而根据生产中常用简化公式的经验计算方法所得结果精度较低。     

轴承腔内油雾温度场数值模拟及润滑效果

计算流体动力学(CFD)的相关分析方法与油雾润滑技术相结合已成为研究油雾润滑机理的一种有效途径.为了对连退平整支承辊轴承腔内的油雾温度场及润滑效果进行研究,以CFD理论为基础,对油雾流场进行了数值模拟;通过对数值计算结果的分析,得到了不同滚子生热率条件下润滑油雾在轴承腔内的传热规律;建立了两种供油量情况下的滚子生热率与轴承温升之间的拟合方程,得到了滚子生热率对润滑效果的影响规律及增加油雾的散热能力、降低连退平整支承辊的温度的方法.     

轧机油膜轴承动压润滑系统的组成及其功能特征

从实践出发,论述了轧机油膜轴承动压润滑原理和润滑系统的设计方法,系统地介绍了轧机油膜轴承润滑系统的设计原则及油膜轴承润滑系统各部分的组成及其各润滑元件的功能特征等.     

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.      

推力滑动轴承结构参数的数值研究

以推力轴承扇形瓦块为研究对象,采用柱面坐标,通过对二维雷诺方程进行离散化求解,得出推力滑动轴承的无量纲压力分布,并通过数值计算研究方法,详细研究了瓦高比、长宽比和瓦块数对轴承润滑性能的影响规律,指出了推力滑动轴承最佳结构参数的确定方法,为推力滑动轴承的结构设计提供了理论支撑。