基于Ansys不同螺旋槽艉轴承的结构静力分析

海水润滑橡胶艉轴承沟槽结构有轴向水槽和周向水槽之分,周向水槽亦有许多形式的螺旋槽,而不同形式 的螺旋槽结构对艉轴承力学性能有着重要的影响。针对不同螺旋槽数目和不同螺旋槽半径大小的艉轴承模型,应用An-sys软件对其进行结构静力分析对比。结果表明,随着槽数的增加,艉轴承的最大位移量逐渐减小,其最大应力值却逐 渐增大;而螺旋槽半径和螺旋角若太小或太大,都会使得艉轴承的最大应变值增大,且更容易造成应变相对集中。     

基于有限元法的不同带槽球面轴承结构的对比分析

为进一步优化最佳带槽的球面轴承结构,建立螺旋槽和环形槽球面轴承模型,应用有限元软件分析球面轴承槽数目和槽半径对球面轴承力学性能的影响。结果表明:对于螺旋槽球面轴承,随螺旋槽槽数增大,最大应力和体积应变值都增大,随螺旋槽半径增大,最大应力值减小,而最大体积应变值则增大,螺旋槽槽数和半径太大或太小时,都易使轴承位移量增大;对于环形槽球面轴承,其最大位移量随槽数和半径的增大而增大,最大应力和体积应变量随着槽数目增大及槽半径的减小而增大;螺旋槽球面轴承的最大位移、最大应力和体积应变量大于环形槽球面轴承,但环形槽球面轴承的位移分布变化较快且范围大,压力分布不均匀,多次出现压力峰值,容易造成应力集中现象;对比环形槽球面轴承,槽数为5、半径为2.5 mm的螺旋槽球面轴承最大位移量最小,形变位置分布相对合理。     

基于Ansys的空心板条艉轴承力学性能分析

空心板条橡胶艉轴承是一种轴承端面具有圆形通孔的新型艉轴承,从结构上改变了橡胶轴承板条应力应变分布,具有良好的力学性能。采用有限元方法研究不同端面园形通孔数量、半径以及排列方式对空心板条艉轴承力学性能的影响。结果表明：空心板条轴承的最大应力应变值均随圆孔半径增大而增大,圆孔数量以4、5为宜,排列分布采用上排少孔和小孔直径,下排多孔和大孔直径方式,空心板条轴承的应力应变分布更为合理。     

考虑弹流润滑效应艉轴承有限元静力分析

在考虑艉轴承弹流润滑效应的情况下,先对海水润滑艉轴承进行弹流润滑数值计算,将得到的水膜压力计算结果结合有限元法,再对艉轴承进行有限元静力分析,使其更加贴近于实际,更具有实际意义。同时分析不同工作载荷、不同轴承半径间隙以及不同轴承内圈厚度对艉轴承力学性能的影响。结果表明:艉轴承各对应位置的节点等效应力应变化趋势近似,但其值却随着载荷和半径间隙的增大而增大,其中载荷越大,艉轴承节点等效应力应变变化幅值越大,变化曲线越陡;不同内圈厚度对内圈内侧的最大Y向节点应力影响较小,却对轴承最大节点等效应力影响较大,其幅值变化较明显。     

基于有限元法进出水孔和过度圆角对水润滑动静压艉轴承力学性能的影响

为提高水润滑动静压艉轴承的承载能力和降低轴承温升,在轴承内部开设型腔结构,并在轴承型腔内开设出水孔。针对不同进水孔直径、出水孔数量和直径以及不同型腔边缘处过渡圆角的艉轴承建立模型,利用ANSYS Workbench软件对艉轴承模型进行静力学分析,研究进出水孔尺寸以及过渡圆角轴承力学性能的影响。结果表明：进水孔直径增大,最大应力、应变和位移值逐渐较小,但是尺寸太大或太小,应力集中现象都比较明显;在艉轴承上设计2个出水孔比单个出水孔具有更好的力学性能;随着型腔边缘处过渡圆角半径的增加,轴承的应力应变和位移逐渐减小,表明光滑的过渡圆角能改善轴承力学性能。     

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

轴向槽船舶艉管轴承内部流场数值仿真

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析,分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,20槽轴承和4圆柱槽轴承内部没有出现空穴区,可以降低由空穴效应带来的振动和噪声。轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。根据不同的船舶运行要求选择不同形式的艉管轴承,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

永磁体形性特征对磁水复合支撑式艉轴承润滑特性的影响

螺旋桨重力会导致船舶推进轴系发生挠曲,造成艉轴承边缘润滑状态恶劣。采用一种磁水复合支撑形式的艉轴承,通过引入永磁体磁力作用,改善桨重因素对艉轴承边缘润滑状态的不利影响;构建永磁体三维磁力特性分析方法,探究不同永磁体材料磁性质和布置形式对磁力承载性能的影响规律;基于艉轴承弹性流体动压润滑分析方法,获取永磁体形性特征对润滑特性的影响规律。结果表明：磁承载力受永磁体材料剩磁的影响明显,材料剩磁越大,永磁体承载力越大,轴承润滑状态相对越好;沿周向增加磁块数目或增加永磁块轴向长度可以增大永磁体的承载力,但永磁体承载效率可能下降,设计时需综合考虑;磁体的布置形式也对磁力承载性能和润滑性能影响显著,在永磁体体积相同的情况下,更为合理的布置形式可使永磁体承载力与艉轴承最小水膜厚度明显增大。     

水润滑船舶艉管轴承内部流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析.分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布.计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化;沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失;在1周向槽、4周向槽和组合槽3种轴承中,组合槽轴承内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性.     

进出水孔和过渡圆角对水润滑艉轴承力学性能的影响

为提高水润滑动静压艉轴承的承载能力和降低轴承温升,在轴承内部开设型腔结构,并在轴承型腔内开设出水孔。针对不同进水孔直径、出水孔数量和直径以及不同型腔边缘处过渡圆角的艉轴承建立模型,利用ANSYS Workbench软件对艉轴承模型进行静力学分析,研究进出水孔尺寸以及过渡圆角轴承力学性能的影响。结果表明:进水孔直径增大,最大应力、应变和位移值逐渐较小,但是尺寸太大或太小,应力集中现象都比较明显;在艉轴承上设计2个出水孔比单个出水孔具有更好的力学性能;随着型腔边缘处过渡圆角半径的增加,轴承的应力应变和位移逐渐减小,表明光滑的过渡圆角能改善轴承力学性能。     

螺旋槽止推气体轴承承载能力的数值分析

运用Fluent流体计算软件,求解螺旋槽止推气体轴承气膜压力分布,将计算得到的承载力与文献结果进行比较,验证计算方法的正确性。分析螺旋槽槽数、螺旋角、槽深、槽长比及槽宽比对轴承承载力的影响。结果表明:在槽区气体因受到压缩存在高压区并因此形成承载力;随着槽数的增加承载力逐渐增大并趋于定值;而对于螺旋角、槽深、槽长比和槽宽比,均存在最佳值使承载力最大。     

阶梯腔结构对水润滑动静压阶梯腔艉轴承力学性能的影响

建立不同型腔数目和不同型腔长度的水润滑动静压阶梯腔艉轴承的三维实体模型,利用ANSYS Workbench软件对模型进行有限元静力分析,研究腔数和腔长对阶梯腔艉轴承力学性能的影响。结果表明:随着阶梯腔腔数增加,轴承应力集中区域减少且应力应变变化趋于平缓,而轴承位移值变化不大,因此增加腔数能有效改善艉轴承的力学性能,增加轴承的稳定性;阶梯腔腔长过大或者过小时都会导致轴承应力应变值变大,影响轴承的力学性能,对于6腔阶梯腔艉轴承,当腔长在420~460 mm之间时,轴承的力学性能相对稳定。     

考虑惯性力的高速螺旋槽止推轴承承载性能研究

通常在气体轴承相关计算中简化了雷诺方程,忽略了惯性力的影响。而当轴承转速非常大时,气体的惯性力影响增大,忽略惯性力会带来较大误差。建立考虑惯性力的高速螺旋槽气体止推轴承理论计算模型,采用有限元法求解雷诺方程,得到考虑惯性力时的气膜压力分布和轴承承载力,并分析转速变化时轴承承载力的变化。结果表明,高转速时气体的惯性力会显著降低轴承承载力。分析50 000 r/min高转速下各参数变化对承载力的影响。结果表明:螺旋槽深度及槽长比变化时,承载力均会出现极大值,且在出现极大值时惯性力的影响最大;随着气膜厚度增大,承载力逐渐下降,且惯性力的影响逐渐增大;随着螺旋槽数量增加,承载力逐渐增大,而惯性力的影响较稳定。分析转子轴线倾斜对承载力的影响,结果表明在相同转速及相同轴承参数下转子轴线倾斜时承载力略微增大。     

变工况运行中结构参数对螺旋槽动压推力气体轴承承载力的影响

基于纳维-斯托克斯(N-S)方程建立了泵入型螺旋槽动压推力气体轴承仿真三维模型,分析了在变工况运行中不同的结构参数对螺旋槽动压气体推力轴承气膜承载力的影响,结果表明:槽深为30~50μm,螺旋角为18°~36°,台区轴承间隙为4~10μm,槽内径比为0.6~0.8,槽宽比为0.7~0.9,槽数为12~25时,该轴承的气膜承载力达到最大;轴承结构不同时,轴承的气膜承载力由大到小排序为凸型槽、平底槽、凹型槽,且泵入型大于泵出型。     

基于弹流耦合算法的船舶艉轴承润滑特性分析

采用耦合算法研究不同因素对船舶艉轴承弹流润滑性能的影响。以重载工况的船舶艉轴承为研究对象,建立轴瓦三维有限单元模型;通过有限单元法结合耦合算法求解油膜压力、油膜厚度、弹性变形,探讨了弹性模量、轴承间隙、长径比3种影响因素对艉轴承弹流润滑特性的动态影响。结果表明：弹性变形和油膜压力沿周向和轴向都近似抛物线分布,呈现先增后减的趋势,在周向180°附近取得最大值,因此在轴承周向和轴向的中点附近受轴承参数的影响较大,润滑状况需要特别关注;随弹性模量增加,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小厚度均减小,摩擦力和端泄流量同时增加,因此在一定区间内增大弹性模量能有效减小轴瓦产生的弹性变形;随轴承间隙增大,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小油膜厚度均减小,摩擦力和端泄流量变化不明显,因此在轴承安装时需控制合理的轴承间隙,确保轴承处于良好的润滑环境;随长径比增大,最大弹性变形量近似线性增加,油膜峰值压力、摩擦力、端泄流量均减小,最小油膜厚度几乎不变,因此在设计艉轴承长径比时,应综合考虑艉轴承在重载工况下可能产生的弹性变形以及弹性变形对润滑特性的影响。     

基于质量守恒边界条件的船舶艉轴承润滑性能分析

以船舶艉轴承为研究对象,基于质量守恒边界条件,编制相应的润滑仿真程序,研究艉轴承的润滑性能,探讨轴承润滑性能随轴承运行参数(如转速、轴承宽度、外载荷及空穴压力等)变化的规律。研究表明:质量守恒边界条件相比于雷诺边界条件,更加接近实际情况;空穴压力的增大并不总是有损轴承的承载力;随着空穴压力和轴承宽度的增大,偏心率和最大油膜压力都减小;随着外载荷的增加,油膜压力和空穴区域大小逐渐增大,呈现出很强的非线性趋势;随着转速的增大,油膜压力峰值减小;空穴区域随转速增大而增大,其位置会向最大轴承间隙处移动。     

新型径向槽结构静压气体轴承静态特性研究

设计一种新型径向槽结构静压气体轴承,其周向和径向截面分别呈椭圆弧形和扇形。建立该径向槽结构静压气体轴承CFD模型,分析径向槽结构参数如深度、半径、数目、角度和试验参数供气压力,对静压气体轴承承载能力和刚度的影响。研究结果表明:静压气体轴承承载能力随槽结构深度、数目、角度和供气压力增加逐渐增大,随槽结构半径增加先增大后减小;槽结构数目和供气压力对其承载能力影响尤为显著;静压气体轴承径向槽结构参数和供气压力影响其刚度及最佳刚度对应的气膜厚度,其中槽结构半径、数目和供气压力对刚度值影响显著,槽结构角度和半径对最佳刚度对应的气膜厚度影响显著。由此可见,径向槽结构参数显著影响静压气体轴承的承载能力和刚度。     

船舶艉管轴承润滑流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析。分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。在研究的10种轴承中,组合槽轴承没有出现负压区,空穴效应小,内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

人字槽径向气体动压润滑轴承特性分析

建立人字槽径向气体动压润滑轴承的数学模型,采用局部积分有限差分法在不连续求解域内推导出气体润滑Reynolds方程的差分形式,通过求解获得轴承间隙内的气膜厚度、气膜压力、轴承承载力等状态特性,并分析径向间隙、螺旋角、槽深比、槽宽比和槽数等轴承几何结构参数以及转速等工况条件变化对轴承承载能力的影响规律。结果表明:人字槽轴承的压力在圆周方向呈锯齿形分布,人字形压力带环抱在轴颈上,使轴承在各个方向上均能承载,从而提高了轴承的抗振性和平稳性;增大偏心率,减小气膜间隙,增大螺旋角,减小槽深,增加槽宽比,适当增加槽数,均可提高轴承承载力;人字槽结构能够更好地实现气体动压润滑轴承动压效应,提高了轴承的承载能力和稳定性能。