动静压柔性铰链可倾瓦轴承的阶跃载荷动态响应

针对动静压柔性铰链可倾瓦轴承在受到阶跃载荷时主轴出现跳动而影响其回转精度的问题,提出了兼顾跳动幅值与稳定时间的分析方法和轴承优化设计方案。该方法基于轴心轨迹引入最大过冲量和过渡过程时间两个概念,用以描述主轴受到阶跃载荷时径向跳动的剧烈情况,研究轴承结构参数的确定方法。该方法首先建立轴承瓦块的压力分布模型、瓦块的力矩平衡方程和轴颈的运动方程,然后结合有限差分法和欧拉方法获取轴心轨迹,最后依据结构参数对两个参量的影响大小进行参数确定。仿真实验结果表明:增大预载荷或减小轴承半径间隙,能减小轴心最大过冲量并缩短过渡过程时间;减小静压油腔面积或油腔宽长比能减小最大过冲量;过渡过程时间随转速的提高呈现出先增加后减少的特点;在研究范围内,最大过冲量随着转速提高而增大;适当增大预载荷系数或减小半径间隙,能够提高主轴的回转精度。     

表面微织构对滑动轴承支撑主轴稳定性的影响

针对主轴表面微织构对轴承转子系统稳定性的影响问题,利用CFD仿真的方法,对一种轴承的动静特性进行了研究,使用APDL建立了该环槽轴承的模型。对仿真结果与实验进行了对比,验证了该模型下CFD仿真计算方法的正确性,并系统研究了深隙比、深宽比及径宽比等织构参数对轴承静动特性的影响。结果表明:添加表面微织构将会使轴承的承载力下降,但同时能够有效降低轴承的温升;在特定的织构参数下,微织构可明显改善轴承的动特性参数;相比于无织构的系统,有微织构的转子系统对数衰减率提高的幅度可达45.5%;对于滑动轴承支撑的主轴,在润滑表面添加合理参数的微织构后,能够有效提高转子系统的稳定性。     

圆锥电磁轴承耦合特性研究

分析了圆锥电磁轴承的几何耦合效应以及电流耦合效应,推导了圆锥电磁轴承特有的力矩耦合特性,给出了圆锥电磁轴承动力学特性的计算方法。在此基础上,计算了轴承锥角、宽径比以及极角比对圆锥电磁轴承静特性基础解的影响。结果表明,圆锥电磁轴承静态力与轴承宽径比成线性关系,但轴承力矩与宽径比之间是非线性的;圆锥电磁轴承极角比越大,磁极面积越小,轴承静态力以及力矩都会减小。     

轴颈倾斜的水润滑橡胶艉轴承的静态特性

针对船舶艉轴承轴颈受载倾斜产生的摩擦磨损问题,建立了圆周式和沟槽式水润滑橡胶轴承中分面轴颈中心为基点的轴颈倾斜下的弹流润滑模型,采用有限差分法求解了在轴颈对中和轴颈倾斜状态下的压力及膜厚分布,分析了轴颈倾斜角变化对轴承油膜力、油膜力矩及压力中心等静态特性的影响。研究结果表明:轴颈倾斜前后,圆周式和沟槽式轴承静态特性变化明显,最大油膜压力在倾斜角增加超过某一阈值后迅速增长,最小油膜厚度随轴颈倾斜角增加而减小至可允许最小膜厚;由于轴颈倾斜后油膜压力沿轴向不再呈对称分布,压力中心向下沉端方向移动,继而产生油膜力矩且其值从0增大;轴颈可允许最大倾斜角随偏心率、允许最小膜厚等增大而减小。研究结果可为轴颈倾斜状态下水润滑橡胶轴承的润滑性能优化提供参考。     

动压气膜轴承间隙平面流动的数值分析

基于计算流体动力学中的SIMPLEC算法,从流动模拟分析的角度对动压气膜轴承的工作机理,包括气体可压缩性、轴承间隙大小、轴颈偏心率及轴承运行线速度的作用等作了分析．结果表明,减小轴承的间隙、提高偏心率和线速度可以使间隙内压力增大,从而提高轴承的承载能力．本文的结果为动压气膜轴承的设计计算和三维轴承的计算提供了基础．     

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。     

微型动压气体止推轴承表面凹槽织构的参数优化

在推力盘表面织构加工出轴对称分布的抛物线凹槽,以改善微型动压气体止推轴承的润滑性能。为了获得最大的轴承承载力,针对试凑法耗时费力的特点,提出了基于粒子群多目标搜索和序列二次规划的混合优化方法,并结合CFD,对抛物线凹槽织构的参数进行了Pareto优化。在此基础上分析了轴承收敛比、宽径比、气膜出口高度、速度对Pareto优化解集的影响,研究了出口未织构率、相对凹槽深度、织构面积率和凹槽织构的数量等对轴承压力分布和承载力的影响。结果表明:承载力是宽径比和织构面积率的增函数;优化后的抛物线凹槽织构能够大幅提高轴承的承载力,尤其是在小收敛比范围内;出口未织构率和织构面积率对轴承的压力分布有较大影响;存在最优的凹槽织构数量使得轴承的承载力最大。     

箔片非线性结构刚度对转子瞬态冲击的影响

弹性箔片轴承支承的转子在高速旋转时,转子可能会和轴承发生碰摩。为了揭示当转子采用不同结构刚度箔片支承时,该冲击对转子振动的影响机理,针对2个径向GFBs支承的刚性转子系统模型,应用龙格库塔法求解转子动力学状态方程,获得3种结构刚度箔片(均匀刚度箔片、软箔片、硬箔片)下的轴颈位移。推导出箔片轴承的等效刚度和等效阻尼系数,发现当轴颈无涡动时,箔片轴承的等效刚度正好是气膜刚度和箔片结构刚度的串联;而当轴颈有涡动时,箔片轴承的等效刚度和等效阻尼均是结构刚度、结构阻尼和涡动频率的函数,且当轴颈涡动频率趋于无穷大时,上述等效刚度和等效阻尼趋于无涡动时的值。计算表明,当采用恒定刚度箔片时,转子稳态振幅最小,但是瞬态响应时间较长;当采用非线性软箔片时,转子稳态振幅最大,但是瞬态响应时间最短。当增大非线性箔片的结构刚度时,转子稳态振幅会减小,瞬态响应时间会增加。因此,箔片的设计需要辅以轴承-转子动力学特性的考量,以获得箔片结构刚度和结构阻尼的合理匹配。     

驱动轴承内嵌式涡旋压缩机动力特性分析

对动涡旋驱动轴承内嵌于涡旋齿中的大气量、低压比涡旋压缩机的动力特性进行研究,使用涡旋型线始端展角和终端展角几何参数,建立施加于动涡旋上的气体力、惯性力、摩擦力等计算公式,给出相应的力学分析模型,同时根据曲轴受力条件建立曲轴力学模型。通过算例分析表明,动涡旋驱动轴承内嵌式结构可有效地减小气体力和旋转惯性力对驱动轴承产生的倾覆力矩,提高机器运转的稳定性.     

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。     

有限长平轴承非稳态油膜承载力导数的计算方法及其性质

导出了有限长平轴承非稳态油膜承膜力及其各种导数的计算公式，研究了导数的性质，发现承载力与阻尼导数之间的一个重要关系式，并对多种无量纲参数的组合情况进行了实例计算，根据这些计算结果分析了油膜承载力及各种导数随这些参数的变化特性。     

基于应力偶流体模型的动载轴承润滑研究

针对实际应用中的润滑油大多为含有高分子添加剂的应力偶流体 ,基于应力偶流体模型对动载轴承的润滑性能进行了数值计算。推导了动载情况下应力偶流体润滑的Reynolds方程 ,利用该模型求解了动载轴承的压力分布 ,比较了牛顿流体和应力偶流体对轴承承载力、轴心轨迹和摩擦系数所产生的不同影响。结果表明 :添加剂的分子链越长 ,应力偶效应越明显 ,并且越有利于提高动载轴承的承载力 ,增大油膜厚度 ,减小摩擦系数     

铁磁性流体润滑滑动轴承性能的计算和分析

计算和分析了考虑轴向磁彻体力时的铁磁性流体润滑滑动轴承的静动特性，探讨了铁磁性流体自密封润滑滑动轴承的可行性．     

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。     

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅰ)理论分析

应用圆柱薄壳线性理论给出了波箔单波刚度的计算公式;由弹性体变形理论导出了波箔总刚度的计算公式;根据弹性流体动力润滑的概念,获得了适用于波箔轴承的总体雷诺方程;设定了波箔轴承的边界条件。文中还应用有限差分法对几种不同参数的径向波箔轴承进行了静态性能的计算,得到了压力分布、承载能力、偏位角和摩擦力矩的变化曲线。理论计算与试验结果基本相符。     

计及轴变形导致轴颈倾斜的滑动轴承

设计研制了轴-滑动轴承系统专用试验装置,对轴受载荷作用产生变形,导致轴颈在轴承孔中倾斜时滑动轴承的润滑性能进行了试验研究;结果表明,轴变形导致轴颈倾斜时,滑动轴承的油膜压力、油膜厚度和温度的分布状况及数值发生了明显变化;轴受载越大,其变形产生的轴颈倾斜越严重,对滑动轴承润滑性能的影响越明显。     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法（ＢＥＭ）计算了两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。滑动轴承载荷增大时,峰值接触压力的变化幅度比接触区域的变化幅度大,前者又比载荷的变化幅度小,这说明该类接触问题是非线性的。轴承系统的径向间隙越小,相应的峰值接触压力越低;轴承摩擦副材料硬度越低,相应的峰值接触压力越低。     

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.     

基于瞬态流场计算的滑动轴承静平衡位置求解

将计算流体动力学与动网格法应用于滑动轴承静平衡位置的求解,通过采用全新的变流域动网格技术,在瞬态流场计算的基础上提出一种静平衡位置求解方法。在求解过程中考虑油膜发散区内气穴的存在,并与其他油膜边界条件进行比较。通过流场分析计算不同静载荷、轴承结构、油膜间隙和轴颈旋转速度下的静平衡位置。数值计算表明:滑动轴承的静平衡位置与轴颈初始位置无关;随着静载荷的变化,静平衡位置点呈半圆分布;静平衡位置的坐标和迭代轨迹可以用来分析不同速度下不同轴承结构的稳定性;对于多油楔轴承,顶隙对静平衡位置的影响要大于侧隙。