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.     

高速角接触球轴承腔内气相流动与传热特性研究

针对高速运转滚动轴承腔内空气在接触区周围形成的高压区阻碍润滑介质进入,从而导致供油效率降低的问题,以B7008C角接触球轴承为研究对象,考虑轴承几何结构细节,建立了角接触球轴承腔内气相流动模型,采用旋转坐标系描述轴承各组件运动,分析滚动轴承在不同转速与保持架结构参数下的气相流动。用该模型分析了轴承腔内气相流场,揭示了轴承公转、钢球自旋、保持架结构等因素对轴承腔内气相流型与传热效率的影响规律。结果表明:随着公转转速升高,气流速度升高,轴承腔内压差增大;高速下钢球的自旋效应使轴承腔内气压升高,分布不均匀性加剧;保持架兜孔形状、兜孔结构等参数影响换热效率与压力场分布,随兜孔间隙增大,保持架对流换热系数升高。轴端贴近轴承内圈处是配置供油单元出口的理想位置。     

面向润滑增效的轴承套圈表面沟槽结构设计

为提升高速轴承润滑效率，对可实现轴承润滑增效的套圈表面沟槽结构开展系统性分析。以角接触球轴承为研究对象，结合可视化分析及定量化实验，优化了转速、喷嘴位置等多参数变化下的轴承套圈表面沟槽结构。基于流体体积函数法(VOF),建立套圈表面润滑油流动模型，探究润滑油于沟槽化轴承内圈表面流动行为，在此基础上，开展了沟道润滑油流动量化实验分析。对比了不同喷嘴位置、不同沟槽宽度、不同转速对润滑油流动增效能力影响的变化规律，针对润滑油流动特征开展了弧形沟槽结构优化设计。结果表明：当转速、供油位置等运行工况条件变化时，均存在工况适应性最优的沟槽宽度，且最优沟槽宽度随喷嘴距端面距离的增加而增加；弧形沟槽能有效改善沟槽对润滑油流动增效能力，且转速越高，大弧度沟槽增效效果越好。研究内容对于高速轴承新型高效润滑设计具有重要参考意义。     

难溶气体对水润滑轴承特性影响分析

水润滑轴承相比传统油润滑轴承,凭借其独特的优势,在各类高速精密旋转机械中均有重要应用.在实际工况中,润滑水中不可避免的混入一定量的难溶气体,参与整个润滑过程.运用计算流体力学CFD软件Fluent,基于气液两相流理论,对考虑湍流及气穴效应的高速水润滑轴承特性进行求解分析,研究难溶气体的含量对轴承间隙气相分布、压力峰值、轴承性能等特性的影响.结果表明:在高速水润滑轴承间隙中,气相基本分布于发散楔中,且最大气体体积分数存在于轴表面;在较小偏心情况下,一定量的难溶气体使轴承间隙内气相分布发生偏移,轴承承载力有所降低,但是对压力峰值和摩擦功耗并无明显影响;随着轴承偏心的增加,影响逐渐消失.     

涡轮增压器甩油环密封性能研究

针对涡轮增压器压气机叶轮背部压力低于轴承腔内压力导致的漏油问题,对压气机端密封部件建模,仅保留甩油环部分,建立不同结构甩油环的两相流动模型。模型采用多运动参考系描述各组件运动,分析不同结构甩油环在不同转速、负压下的工作效果,分析不同结构甩油环的作用机理,并通过优化甩油环结构改善其工作性能。研究表明:高速条件下,离心泵甩油环相较于一般甩油环,有效改善了造成漏油的压力分布,转速越高,效果越好,但其压力分布曲线呈现明显的S形,压力分布不均匀限制了其极端工况下的密封性能;改进结构的甩油环的流域压力分布较均匀,但压降幅度较低,当负压比较低时,改进结构甩油环的性能不如离心泵甩油环。通过对甩油环的计算分析及结构优化,提升了甩油环的工作性能,为涡轮增压器压气机端密封性能的改进提供了一种新的思路。     

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。     

角接触陶瓷球轴承弹流润滑状态分析

基于点接触弹流润滑理论,建立角接触陶瓷球轴承弹流润滑的数学模型,采用多重网格法分析油气润滑条件下内部接触区的润滑状态,得到角接触陶瓷球轴承的点接触弹流润滑完全数值解.分析结果表明:由于颈缩的存在,在相应的位置上将出现二次压力峰;在二次压力峰处,油膜开始收缩,形成出口区的颈缩现象;随着转速的增大,外圈油膜最大压力连续增大,内圈油膜最大压力变化不明显,内、外圈最小油膜厚度随转速增大而增大;轴承载荷影响主要表现在压力分布上,随着载荷逐渐增大,内圈接触区油膜最大压力变大.     

100MD60Y4电主轴油气润滑系统建模及空气流场分析

目的研究不同转速条件下电主轴内部空气流场分布情况.方法建立100M D60Y4电主轴油气润滑流道有限元模型,对不同转速的电主轴内部空气流场进行仿真模拟.结果空气流体在流经轴承时,并排安装的两个轴承有一个不能得到充分润滑;随着电主轴转速的增加,流体在电主轴前、后端的出口流速均随之增大,且前端出口速度变化剧烈,后端出口变化平稳;分析电主轴前后两端出口压力云图发现,前端出口存在回流现象,回流现象随着转速的增加变得更为剧烈;随着电主轴转速的升高,电主轴轴承等关键部位冷却效果有明显提高.结论转速增加,电主轴前后两端出口处流体流速增大,前端出口处回流严重,关键部位冷却效果有明显提高.     

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.