表面节流式动静压轴承的特性分析

从润滑原理入手,以经典的Reynolds理论为基础,使用有限差分方法,对表面节流式动静压轴承的压力场、结构参数对承载特性的影响进行了分析研究。结果表明:表面节流式动静压轴承在轴不旋转时具有明显的静压轴承特性;轴旋转时可以看到明显的油楔承载的动压效应;随着粘度的增大,轴承的承载力和刚度也相应增大,随着半径间隙的增大,承载力和刚度将显著的变小,供油压力的提高将会降低轴承的承载力和刚度,随着长径比的增大,刚度将有所提高。     

润滑介质种类对气浮轴承性能的影响*

为研究润滑介质种类对于气浮轴承性能的影响,通过FLUENT对采用空气、二氧化碳、氢气与氦气作为润滑介质的气浮轴承进行数值计算,分别对静压轴承承载力随供气压力的变化趋势以及动压轴承承载力随转速的变化趋势进行分析;并对不同环境压力和温度下的二氧化碳润滑动压气浮轴承承载力变化趋势进行研究。数值计算结果表明:润滑介质种类对于静压、动压气浮轴承的承载特性均具有明显影响;不同润滑介质润滑下静压气浮轴承的承载力由大到小排序大致为空气、氦气、氢气、二氧化碳;不同润滑介质动压气浮轴承承载力变化趋势基本与润滑介质黏度变化趋势保持一致;二氧化碳润滑动压气浮径向轴承的承载力受环境温度与压力的影响主要体现在其工质黏度(随温度与压力)变化,二氧化碳润滑动压止推轴承的承载力随环境压力的增大近似呈线性增大。     

湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

以动静压气体径向滑动轴承为研究对象，考虑湍流润滑，基于有限差分方法求解引入湍流因子改良的可压缩雷诺润滑方程，计算湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的压力分布，获得轴承承载力、静态刚度、交叉刚度、主刚度、交叉阻尼和主阻尼等表征动静压轴承静动态特性的基本参数，并分析偏心率、槽深、槽数、长径比等结构参数及轴颈转速和供气压力等工况对轴承静动态性能的影响规律。结果表明：连续性狭缝湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的静态特性优于非连续性狭缝；轴承承载力随着偏心率、长期径比的增大而增大，随着槽区长度、槽深的增大而减小，槽数对承载力影响不大；轴承静态刚度随着偏心率的增大先增大后减小，随着长径比、槽深、槽数的增大而增大，随着槽区长度的增大而减小；较大的转速和供气压力有助于提升轴承的承载力和静态刚度；随着偏心率的增大，交叉刚度逐渐增大，主刚度先增大而减小，而交叉阻尼和主阻尼均增大。     

T型复合结构空气静压支承平台承载性能研究

为了深入研究空气静压轴承在径向和轴向复合工况下的承载性能和规律,设计并研制了一台T型复合结构空气静压支承平台装置。结合T型复合结构空气静压支承平台的三维模型,采用流体润滑理论和有限体积法对空气静压组合轴承与单独径向轴承进行了数值计算,研究了偏心率和供气压力以及转速等参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响规律。结果表明：空气静压轴承随着偏心率和供气压力的增大其承载力呈逐渐增大规律;单独径向轴承的承载性能要优于组合轴承的承载性能。     

划片机中的新型高刚度动静压气体径向轴承

为了提高精密划片机主轴系统的旋转精度和刚度,设计了一种带有可变节流器与可变均压槽相结合的动静压气体径向轴承,通过气膜压力反馈使弹性薄板产生变形,控制节流器与均压槽参数发生变化,从而提高轴承刚度。详细介绍了该轴承的结构、工作原理与工作过程,并与普通双排八孔动静压空气径向轴承的承载力和刚度特性进行了对比试验分析,结果表明该新型轴承的承载力和刚度均明显高于普通轴承。     

螺旋槽狭缝节流动静压气体止推轴承静态特性

为优化动静压气体止推轴承的承载特性,设计一种具有螺旋槽和狭缝节流器结构的动静压气体止推轴承,采用Fluent对轴承静态特性进行仿真分析,通过改变主轴转速、供气压力,研究气膜厚度、螺旋槽宽度、狭缝厚度等参数对轴承静态特性的影响。结果表明:相对狭缝节流止推轴承,增加螺旋槽结构可以提升轴承的动压效应增强,从而提升轴承的承载力和刚度;相同条件下,气膜厚度越大,轴承的承载力和刚度越小;主轴转速和供气压力增加,承载力和刚度均提升明显;螺旋槽宽度增加,轴承的承载力和刚度先增大后减小;狭缝厚度增大,轴承的承载力先增大后不变,刚度先增加后减小;狭缝深度提升,轴承的承载力减小,刚度先增大后减小。     

非均匀供气静压气体径向轴承的静特性分析

非均匀供气可以实现静压气体轴承的刚度调节,增强轴承的承载能力。为了探究非均匀供气条件对静压气体轴承内压力分布和静态特性的影响,以双排供气径向气体轴承为研究对象,采用数值计算对不同供气方式（变压供气孔位置、区域范围）和供气压力下轴承的静态特性进行了研究。数值计算结果表明：变压供气孔的位置对轴承的静特性有较大影响;当在主要承载区内增大供气压力时,可显著增强轴承的动静压效应;增加压力可变的区域范围有助于提升轴承承载力,但耗气量也相应有所增加;增加承载侧供气压力和减小非承载侧供气压力都可以有效提升轴承承载力,后者还可以减小气体总流量;承载侧与非承载侧的供气压差越大,越有利于轴承承载力的提升。     

水润滑动静压轴承三维压力及温度场分布理论研究

以4腔、毛细节流形式下的深腔动静压轴承为研究对象,采用有限差分数值方法求解了广义雷诺方程,该过程考虑了紊流、粘度和密度随压力及温度变化的影响。研究得到了在水介质润滑下的动静压轴承三维压力分布、温度场分布及动特性系数。结果表明在高速高压水润滑条件下的动静压轴承表现出了与粘度较大的油润滑条件下不同的液腔压力分布、温度分布等特性。水润滑轴承第3和第4个液腔压力较大,第1个液腔主要用来增加其稳定性,而同等条件下的油润滑轴承第2和第3个油腔压力较大,第4个液腔增加其稳定性。相比油润滑轴承,水润滑轴承温升较高,因此对于低粘度介质润滑下的轴承性能研究需要考虑温升影响。     

分布式双向可倾瓦动静压推力轴承的静动特性研究

针对机床主轴对推力轴承的高刚度与高精度要求,用可倾瓦块代替部分静压油垫,提出了一种由可倾瓦块和静压油腔联合承载的分布式双向可倾瓦动静压推力轴承.首先建立了分布式双向可倾瓦动静压轴承的润滑模型,提出了基于平衡点性能合成的轴承静动特性计算方法.针对案例轴承对节流器的结构参数进行了优化,分析了载荷、转速、单边间隙和预负荷系数等因素对轴承性能的影响规律,包括刚度、偏心距和温升等轴承静动特性.结果 表明:在合理的参数条件下,该新型可倾瓦动静压轴承的刚度和精度优于双向静压推力轴承,而可倾瓦动压油膜与油腔静压油膜之间的解耦特征,也有利于通过可倾瓦支点进行轴承性能调控.     

单可倾瓦动静压轴承的模型及性能调控研究

为了实现精密机床主轴轴承的高刚度及其性能的可调可控,提出了一种单可倾瓦动静压轴承,将普通动静压轴承的一个油腔替换为可倾瓦块,利用可倾瓦的动压及与其油腔的静压共同承载。建立了新型动静压轴承的润滑模型,提出轴承平衡点计算方法,计算了不同工况参数下的轴承性能,包括刚度和最小膜厚。在此基础上,分析了预负荷系数和支点系数对轴承性能的调控规律。通过可倾瓦支点的调控作用,当支点系数0.75、预负荷系数0.5时,轴承的刚度可达到2 700 N/μm,满足机床主轴系统对轴承的高刚度要求。     

Numerical analysis of plain journal bearing under hydrodynamic lubrication by water

The article aims to provide references for designing water-lubricated plain journal bearings. Considering the differences between the physical properties of the water and of the oil, the effects of eccentricity ratio on pressure distribution of water film are analyzed by computational fluid dynamics (CFD). Then numerical analysis of journal bearings with different dimensions is undertaken under different rotational speeds. Based on the analysis, a reference is produced for selecting the initial diameter dimension which is used to design an efficient water-lubricated plain bearing under the given load and rotational speed. At last, the reference is verified by an experimental case.     

Axial load capacity of water-lubricated hydrostatic conical bearings with spiral grooves for high speed spindles: Comparison between rigid and complaint surface bearings

In this paper, two types of water-lubricated hydrostatic conical bearings with spiral grooves for high-speed spindles are investigated. One has a rigid bearing surface and the other has a compliant one. In these bearings, pressurized water is first fed to the inside of the rotating shaft and then introduced into spiral grooves through feeding holes. Therefore, water pressure is increased due to the effect of the centrifugal force at the outlets of the feeding holes by shaft rotation and, furthermore, water pressure is also increased by the viscous pump effect of spiral grooves. The static characteristics of these bearings are theoretically predicted and calculated results are compared with experimental results. It was found that the compliant surface bearing had a larger load capacity in a relatively large bearing clearance than the rigid surface bearing, and lower bearing power consumption in a small bearing clearance although the load capacity is reduced.     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

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。     

水润滑塑料合金轴承的弹流润滑分析

建立水润滑塑料合金轴承的数学模型,对水润滑条件下塑料合金轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,讨论转速和载荷对水润滑膜压力和膜厚的影响。结果表明:在水润滑条件下,转速对水润滑膜的压力影响不明显,而膜厚及最小膜厚随转速的增大而明显增大;随载荷的增大,压力峰值有明显增大,而在入口区压力随载荷增大而减小,膜厚及最小膜厚随载荷增大而减小。     

UHMWPE基水润滑轴承摩擦及润滑特性的试验研究

针对纤维填料改性UHMWPE水润滑轴承的摩擦磨损性能进行研究。在平面摩擦磨损试验机上对玻璃纤维及碳纤维填料对UHMWPE复合材料摩擦性能进行试验,并分析GF-CF-UHMWPE材料与Thordon SXL材料在干摩擦、水润滑工况下的摩擦因数及磨损量。最后,采用径向水润滑轴承试验台对比研究了GF-CF-UHMWPE轴承和Thordon SXL轴承在不同载荷下摩擦因数随转速的变化规律。结果表明:纤维填料能显著增强UHMWPE的减摩性和耐磨性,GF-CF-UHMWPE材料具有更好的耐温性能,线性热膨胀系数也显著减小;GF-CF-UHMWPE轴承具有相同载荷下启动转速低,启动摩擦因数小的特性。     

沟槽结构对水润滑轴承润滑特性影响机制

为了研究沟槽结构对船用水润滑轴承润滑特性的影响机制，采用有限元法，通过对简化后的椭圆形沟槽的二维模型进行流体动力学CFD分析，从迹线以及涡流等方面分析沟槽结构参数对沟槽内部流体特征的影响，得到不同状态下沟槽内部的压力轮廓，并分析沟槽结构参数对水润滑轴承摩擦因数的影响和轴承的润滑机制。结果表明：沟槽的大小影响轴承间隙内流体的流通面积，沟槽的结构特征影响沟槽内的流体黏度。研究结果可为水润滑轴承优化设计提供参考。     

Load-carrying capability of water-lubricated ceramic journal bearings

The possibilities of using advanced ceramics in water-lubricated journal bearings were studied by performing tests on journal bearings lubricated with water. The materials studied were two aluminas (Al₂O₃), a zirconia-toughened alumina (ZTA), a partially stabilized zirconia (PSZ), a sintered silicon carbide (SiC), a reaction-bonded silicon carbide (SiSiC) and a β′-sialon. From the present study it can be concluded that water-lubricated journal bearings utilizing silicon carbide against itself offer good performance. Moderate performance can be achieved with an all-alumina sliding pair, provided that the loads remain low and that a high surface quality can be ensured.     

牙轮钻头滑动轴承失效分析

收集了近几年20只现场失效牙轮钻头,对其轴承表面金相组织和硬度以及影响牙轮钻头滑动轴承失效的主要因素进行了分析。结果表明,牙轮钻头在工作过程中温度升高引起的轴承表面金相组织发生改变、硬度降低、抗磨性能减弱,是导致牙轮钻头轴承在高转速下快速失效的根本原因;牙轮钻头轴承的主要失效形式就是粘着磨损,其中载荷工况、相对滑动速度和表面涂层是影响牙轮钻头滑动轴承摩擦学性能的主要因素;采用在原轴承基础上加入浮动套的方法降低原轴承的相对滑动速度,是目前提高牙轮钻头滑动轴承摩擦学性能,延长轴承在高速钻井下使用寿命的有效途径。     

基于多孔质节流器的水润滑动静压轴承的设计

针对水润滑轴承的特殊形式以及要求达到的技术指标,采用陶瓷多孔质材料作为节流器,并推导出水润滑形式下的相关节流参数。程序采用有限差分法求解各偏微分方程,得出不同形式水润滑轴承的承载能力、刚度和摩擦功率等性能参数;通过对相同轴承形式采用油润滑时的计算,给出了水、油两种润滑形式性能的对比;综合各性能指标,完成水润滑轴承形式的选择以及结构尺寸的设计。