时变条件下滑动轴承系统的多物理场耦合分析

针对传统非耦合分析方法无法研究轴颈、油膜与轴瓦之间的相互作用以及普通流-固耦合方法无法真实反应轴承运转工况的问题,提出了一种融合计算流体动力学、流-固耦合和热流耦合的瞬态分析方法,分析了时变条件下轴承系统速度、压力和温度的多物理场耦合,并分析了空化现象的影响,精确计算了恒定载荷下的偏心率和温升场,以及从启动到稳定过程的轴心轨迹.同时,分别考虑腔结构、轴颈转速和载荷对油膜压力、偏心率、温升和气穴的影响,并将计算结果与相关文献的实验结果进行比较.结果表明:所得计算结果与实验结果较吻合;轴承的轴心轨迹呈螺旋形;油腔数目对轴心轨迹、气穴和温升的影响很大.     

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     

双缸柴油机曲轴主轴承弹性流体动力润滑分析

运用AVL EXCITE PU软件建立双缸机柴油机曲轴主轴承弹性流体动力润滑计算模型,计算分析了发动机最大扭矩转速下主轴承受力、最小油膜厚度、最大油膜压力、轴心轨迹等。结果表明,该双缸柴油机主轴承润滑良好,最小油膜厚度、最大油膜压力均在限值以内,符合设计要求。     

发动机连杆小头轴承的润滑研究

文章将平均流量模型与微凸体接触理论相结合,建立了分析发动机连杆小头轴承润滑特性的数学模型和计算方法.主要研究了表面粗糙度对轴承流体润滑以及轴心轨迹的影响.结果表明,表面粗糙度越大,微凸体的承载量越大,峰元摩擦力也越大,膜厚比减小;同时表面粗糙度对轴心的位置有一定的影响,但对轴心轨迹的形状影响不大.     

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     

用状态变量法研究轴承-转子系统稳定性

在计算轴承－ 转子系统的稳定性和轴心轨迹时,为克服特征根法、Ｆｏｕｒｉｅｒ 级数法等计算方法的局限性,提出了用状态方程的时域分析法计算流体润滑轴承在位移扰动、冲击载荷和不平衡激励等典型扰动下的轴心轨迹和判断稳定性的方法,根据当前时刻的状态变量值,只要进行一次矩阵乘法即可得到下一时刻的状态变量值,具有不受步长大小的限制而保持较高的计算精度。同时还讨论了小扰动理论的使用条件。     

浮环轴承用作内燃机轴承的理论研究

本文对内燃机动载荷浮环主轴承进行了理论计算和分析.结合 S195柴油机的实际主轴承结构,运用 Holland-Butenschn 法进行轴心轨迹的计算,通过热平衡计算决定内外层油膜的粘度比,得到最小油膜厚度、功率损耗、浮环转速和流量的变化规律.计算表明,浮环轴承用作曲轴主轴承,无需改变现有最小油膜厚度的标准即可正常工作;内外层间隙不等时,单纯选取粘度比为1进行计算,与实际情况相差较大.     

内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算分析

建立了内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算的数学模型和有限元模型.依此模型,对某四缸柴油机的5个主轴承进行了计算,分别算出其在一个工作周期内的油膜压力、油膜厚度、摩擦功耗和轴心轨迹.通过对计算结果的分析表明,第3号主轴承所受到的载荷最小,平均油膜厚度最小,平均油膜压力和摩擦功耗最大.第3号主轴承的润滑状况不佳.应对其进行摩擦学优化设计.     

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。     

阶跃载荷作用下滑动轴承的瞬态特性

滑动轴承在动载荷作用下的瞬态特性是制约其精度和速度的重要因素,建立动载荷作用下滑动轴承的计算模型,计算在单、双向阶跃载荷作用下轴心轨迹的运动状态,分析阶跃载荷对轴心轨迹、最大油膜压力及最小油膜厚度等轴承主要工作参数的影响。结果表明:轴承在突变阶跃载荷作用下,轴心位置、最大油膜压力及最小油膜厚度等均呈现振荡过程,收敛于新的平衡位置;当突变载荷过大时,将造成轴承碰撞或失稳。     

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.     

磁浮轴承转子系统的稳定性研究

针对非线性磁浮轴承转子系统的具体特点，用数值积分和庞加莱映射方法对刚性磁浮轴承转子系统进行稳定性研究，得到了系统在某些参数域中的时域波形、频谱图、相图、轴心轨迹以及庞加莱映射图，并给出了系统产生混沌运动诱发失稳的参数域。为更好控制磁浮轴承转子系统运行状态提供理论参考。     

微极性流体润滑的挤压膜轴承特性研究

对微极性流体润滑的纯挤压膜径向轴承的特性进行了研究. 求解了基于微极性流体理论的雷诺方程和轴心非线性运动方程,将微极性流体特征尺度和耦合数作为微极性效应的主要标志性参数,全面考察了牛顿流体和微极性流体对挤压膜轴承轴心运动规律和润滑性能所产生的影响. 结果表明:微极性流体降低了轴心运动的位移、速度和加速度,使得挤压膜轴承运行更加平稳; 同时减小了最大油膜压力,增大了油膜厚度,因而提高了挤压膜轴承的承载能力.     

柴油机曲轴轴心运动特性的研究

为研究载重汽车柴油机的曲轴轴承最小油膜厚度与轴承可靠性的关系，在分析J H0lland轴心轨迹计算模型的基础上，结合我国车用柴油机曲轴运动的特点，建立柴油机曲轴运动的计算模型并编制计算程序．运用该模型对CA6110型柴油机各个主轴承与曲轴轴心运动规律的计算，得到各主轴承在不同转速下的油膜压力图、轴心轨迹图及最小油膜厚度图，并据此对轴承的工作状况进行分析．研究表明，曲轴中间和两端的主轴承较其他轴承运动可靠性差，曲轴运动特性的计算模拟可为轴承主要结构参数的选择及轴承的可靠性分析提供一种理论分析方法。     

基于小波包变换的船舶轴系轴心轨迹特征提取

为实现通过轴心轨迹识别船舶轴系的工作状态,在船舶轴系轴心轨迹测试实验台上测试各轴承处水平和垂直的位移信号,应用小波包变换对各轴承处的轴心轨迹进行特征提取及分析.结果表明:实测船舶轴系轴心轨迹混乱,无法用于船舶轴系工作状态的识别;利用小波包变换提取的轴心轨迹呈清晰的香蕉形、椭圆形及外“8”字形,其中香蕉形和外“8”字形轴心轨迹刻画了转子不对中工作状态,椭圆形轴心轨迹刻画了转子不平衡工作状态.因此,小波包变换可用于船舶轴系轴心轨迹的提取,实现船舶轴系工作状态的识别.     

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。     

高速透平机械全金属鼓泡箔片动压气体轴承稳定性研究

为了验证高速透平机械中鼓泡箔片轴承完全取代传统静压轴承的可行性,将全金属鼓泡箔片径向轴承和鼓泡箔片止推轴承同时应用在主轴直径为25mm、产量为150m3/h工业制氧机用的高速透平膨胀机上,进行了全动压鼓泡箔片轴承透平膨胀机的实验研究,实验用的鼓泡箔片径向轴承采用周向叉排,鼓泡箔片止推轴承采用径向叉排。实验结果表明:透平转子在全动压鼓泡箔片轴承透平膨胀机上能够稳定运行,表现出良好的动态性能和稳定性;由于良好的柔弹性结构、惯性小等特点,鼓泡箔片轴承能够迅速适应转子运动;随着转子转速的升高,转子轴心轨迹由不规则半圆环状逐渐变成规则的圆环状,在多次重复性实验中轨迹重复性较好;鼓泡箔片轴承可有效抑制转子涡动,转子能够在高转速下持续稳定运行。     

考虑空穴和微观弹流润滑效应的连杆大头轴承热弹流混合润滑分析

基于多体动力学原理建立了考虑空穴效应和微观弹流润滑效应的连杆大头轴承热弹性流体动力混合润滑的计算模型,提出了穴蚀位置的识别方法,分析了轴承润滑状态并获得了轴承摩擦损失的热量分配方法.结果表明:连杆大头轴承处于混合润滑状态,其粗糙接触发生在上轴瓦顶部的两侧边缘;结合轴心轨迹、润滑油填充率、润滑油填充率的变化率和液动油膜压力变化率可以有效识别穴蚀位置;连杆大头轴承的平均摩擦功率为0.44kW,最大粗糙摩擦功率仅为111.1mW,但对其瞬时摩擦功率的监测并不能判断局部的润滑状态;大头轴承的润滑热量散失以热传导为主要方式.     

线材轧机轴承运行稳定性数值分析与试验研究

为了研究线材轧机轴承的运行稳定性,从轴心轨迹的角度出发,基于润滑理论及欧拉迭代方法,建立了建求解线材轧机轴承轧辊轴心轨迹的数学模型,采用Fortran语言数值计算了不同转速和载荷影响下的轧辊轴心轨迹,同时从试验的角度对轧辊轴心轨迹进行了对比分析。数值计算结果表明,线材轧机轴承在高速轻载条件下具有较小的偏心率,但轧辊运行相对容易失稳,在低速重载时具有较大的偏心率,但轧辊运行相对较为稳定。此外,数值计算与试验结果差异较小,表明了理论模型及数值计算的可靠性。     

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.