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.     

新型动静压可倾瓦轴承分析

本文对动静压可倾瓦轴承进行了有限元分析;同时还给出了孔式环面浅腔节流动静压可倾瓦轴承油腔尺寸的取值范围,本文对速磨床有重要意义。     

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。     

透平膨胀机组动静压向心浮环轴承静动态性能及稳定性研究

提出一种新型结构的动静压轴承——径向推力联合浮环动静压轴承,将径向浮环和推力浮环做成一体。给出该轴承径向部分的内、外油膜Reynolds方程和边界条件,进行了静、动特性计算和稳定性分析。与同等工况下高速旋转机械中广泛使用的五瓦可倾瓦轴承进行比较,该联合浮环动静压轴承具有摩擦功耗低和较高的旋转稳定性等特点。计算结果表明,这种轴承摩擦功耗降低约20%,失稳转速为125685r/min,可以取代五瓦可倾瓦轴承。     

透平膨胀机组动静压浮环轴承性能研究

首次提出了一种新型结构的动静压轴承——推力 -径向联合浮环动静压轴承 ,并对该轴承进行了系统的理论分析与实验研究。结果表明该轴承兼备动压、静压及浮环轴承的优点 ,具有优良的工作性能 ,完全可以取代目前高速旋转机械中广泛使用的五瓦可倾瓦轴承     

动静压可倾瓦径向滑动轴承系统阻尼测试及分析

给出了一种测量系统阻尼的频域方法。用此方法对动静压可倾瓦轴承支承的转子系统的系统阻尼特性进行了试验研究     

静压孔位置对油膜支承可倾瓦轴承承载性能的影响分析

为了提高汽轮机转子系统中支承轴承的油膜刚度,以三瓦油膜支承可倾瓦轴承为研究对象,研究静压孔相对位置对轴承承载性能的影响规律。建立了油膜支承可倾瓦轴承油膜润滑模型,并运用计算流体动力学方法数值求解三维N-S方程,揭示了不同静压孔相对位置下轴承压力分布、最小膜厚、偏心率、刚度等性能参数的变化规律。分析结果表明：在载荷为890 N的情况下,改变孔的位置可以提高轴承油膜刚度;当静压孔相对位置γ=5°左右时,孔位置接近油膜最大压力分布区,与γ=0°时相比,最小膜厚和偏心率分别减小9.8%和48%,主刚度kyy、kxx接近原结构的1.4倍和1.1倍,此时静压孔位置为相对最优位置区域。依据分析结果开发了新型油膜支承可倾瓦轴承（γ=5°）,通过试验对比分析了普通滑动轴承与新型油膜支承可倾瓦轴承的综合性能,结果表明,高转速时所开发的新型油膜支承可倾瓦轴承具有更好的承载性能与减振性能。研究结果对油膜支承可倾瓦轴承的性能分析具有一定的参考价值,设计轴承静压孔时可根据油膜压力分布规律对其优化以提高轴承性能。     

考虑激振频率的可倾瓦推力轴承动特性理论与试验研究

为了研究激振频率对可倾瓦推力轴承动特性的影响,提出考虑激振频率的动特性建模方法和试验方法。依据可倾瓦轴承刚度和阻尼定义,将激振频率引入可倾瓦推力轴承动特性计算过程,通过建立轴向扰动下的膜厚方程、雷诺方程及瓦块运动方程,推导出包含激振频率的可倾瓦推力轴承动特性数学模型,计算分析刚度和阻尼随扰动频率(激振频率与主轴转频的比值)、转速及载荷的变化规律;采用脉冲激振法在可倾瓦推力轴承试验台进行动特性试验,得到不同激振频率、转速及载荷条件下刚度、阻尼的试验结果,并和相应的理论计算值进行对比分析。结果表明：当扰动频率较小时,可倾瓦推力轴承刚度随其增加而逐步增大,阻尼随其增加而逐步减小;当扰动频率增加到一定程度后,其刚度和阻尼逐步趋于稳定。此外,转速和载荷对其刚度和阻尼随扰动频率的变化幅度基本无影响。     

透平膨胀机组动静压浮环轴承稳定性研究

对一种新型结构的动静压轴承－－径向－推力联合浮环动静压轴砂进行动态性能计算和稳定性分析。结果表明该轴承不仅具有较低的摩擦功耗，而且具有较高的稳定性，可以取代目前高速旋转机械中广泛使用的五瓦可倾瓦轴承。     

可倾瓦轴承温度监测方法研究

可倾瓦轴承是高参数旋转机械的关键零部件之一,轴承瓦块温度超标可能诱发机组间断停机或失效,有必要对瓦温实时监测并给出补救措施。通过对可倾瓦轴承瓦块温度、油膜压力及最小油膜厚度等的分布规律研究,提出一种多点关联测温方法。该方法由特征点协同测温和特殊点独立测温2种方案构成。针对某机组可倾瓦轴承,利用上述测温方法获得试验轴承温度实时测试数据。试验结果表明,轴承主承载瓦温度随转速升高而升高,最高瓦温出现在近出油边;副承载瓦温度随转速变化趋势与主承载瓦一致;瓦块温度在撤掉顶轴油前后有明显突变,说明瓦块温度与静压、动压效应关系密切。试验验证了该测温方法的可行性,为滑动轴承温度超标防治提供了技术手段。     

机床主轴滑动轴承油膜压力分布的测量

本文介绍虚用电阻应变片测量滑动轴承油膜压力分布的方法,给出了压力传感器的结构形式,尺寸和定标方法。经试验表明:此方法具有测量线路简单、稳定,安装、调整方便,传感器制造容易等优点,适用于成形油楔动压轴承,可倾瓦动压轴承及动静压滑动轴承油膜压力分布的测量。     

超临界二氧化碳动静压径向可倾瓦轴承实验台设计与实验研究

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)动力机组在启动和停止阶段气体轴承产生非常大的摩擦磨损,以及气体轴承承载力低、刚度低、阻尼小、稳定性较差等问题,设计并改进一种新型动静压S-CO₂润滑径向可倾瓦轴承结构。设计并搭建S-CO₂润滑轴承实验台,针对于实验台转子刚启动和极低转速工况,对新型S-CO₂润滑动静压径向轴承在静压状态下的动态特性进行实验研究,得到轴承的动态刚度和动态阻尼,并分析静压对轴承动态性能的影响。实验结果表明,设计的S-CO₂动静压径向可倾瓦轴承在启停阶段,在轴瓦与轴颈之间产生了足够的静压压力,可将二者完全分隔开,从而能减少启停阶段的摩擦磨损;随着静压压力的增大,轴承X、Y方向上的整体刚度、主阻尼都增大,且2个方向的主刚度系数差别不大,而交叉刚度和交叉阻尼都接近于0。研究结果为进一步揭示S-CO₂润滑径向轴承动压状态特性提供参考。     

进油压力对可倾瓦径向滑动轴静动特性的影响

本研究了进油压力对可倾瓦径向滑动轴承静动行性的影响,采用适当的边界条件,得到轴承的油膜压力分布和压力偏导数分布,进而得到轴承的静动特性系数,本对不同的供油压力,计算可倾瓦轴承的静动特性,并对计算结果进行分析比较,结果显示：进油压力对可倾瓦径向滑动轴承的静动怀具有重要影响。     

平衡梁结构对水润滑可倾瓦推力轴承启停过程的影响

建立了带平衡梁结构的水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,在该模型中考虑了界面滑移、挤压作用和支点变形的影响。采用该模型分析了相同运行条件下平衡梁结构与非平衡梁结构的可倾瓦推力轴承的启停过程。分析结果表明:随着瓦面高度误差的增加,轴承的启停转速增加。设计了一套水润滑可倾瓦推力轴承机理研究试验系统,包括平衡梁与非平衡梁结构的可倾瓦推力轴承,并对两种轴承的启停过程进行试验。试验结果表明:非平衡梁结构可倾瓦推力轴承各瓦之间的载荷误差达到90%,而平衡梁结构可倾瓦推力轴承各瓦之间的载荷误差小于4.6%。平衡梁结构可以降低轴承的启停转速,同时提高轴承加工及安装误差的最大许可范围。试验结果与理论分析结果取得较好的一致性。     

立式水润滑可倾瓦轴承-转子试验台设计*

第三代压水堆核电站中广泛采用的立式水润滑轴承技术是制约我国核电发展的关键点之一,因此建立立式轴承试验台进行相关试验有重要的工程价值。提出一种包含加载激励约束系统、供水密封系统、测量系统的立式水润滑可倾瓦轴承试验台设计方案;通过比较卧式轴承试验台和立式轴承试验台在加载时对于轴承约束的不同,给出适合立式轴承试验台的浮动轴承约束机构方案;按照相似准则对AP1000核主泵立式水润滑可倾瓦轴承进行缩比设计,在满足Summerfeld数、宽径比和间隙比要求的条件下,设计出适合试验研究的轴承试件。试验结果显示：研制的立式四瓦可倾瓦水润滑轴承试验台,能够实现试验轴承在不同转速和加载、激励工况下瓦面温度、供水压力、静载荷、水膜脉动压力、转轴涡动等的测量,运转状态稳定,可以满足立式水润滑可倾瓦轴承动静特性的研究要求。     

基于试验数据确定可倾瓦轴承热动力分析模型温度边界

温度是可倾瓦轴承热动力性能的重要影响因素,热动力分析模型中温度边界设置是否合理,将直接影响可倾瓦轴承热动力性能分析结果的可靠性。提出一种基于试验数据确定可倾瓦轴承热动力分析模型温度边界的方法,这一方法在可倾瓦轴承结构参数确定的情况下,将入口温度视为转速、载荷、供油压力和供油温度的多元函数,通过多元函数回归法建立温度边界回归模型。通过某民用汽轮机用可倾瓦轴承的试验数据和热动力分析模型,验证了这一方法的有效性。     

摆动瓦动静压轴承特性分析

简要介绍了液体动静压轴承的总体特征和适用场合;阐述了摆动瓦动静压轴承的组成和特点,从轴承的稳定本质、油膜的静承载力、油膜的动力特性、轴承的工作过程几个方面,着重分析了摆动瓦动静压轴承的工作特性,并指出这种轴承适宜的工作条件以及设计瓦块时应注意的问题。     

换向回转设备中可倾瓦轴承支点位置调整装置的研究

为使换向回转设备摈弃性能低下的属中心支承的可倾瓦轴承,而采用性能较高的最佳支承的可倾瓦轴承,本文针对轴承在边界摩擦和有静压顶起装置的液体摩擦下起动的两种工况,提出瓦块支点能随设备的转向自动调整到最佳位置的装置。并经实验验证,完全可行。     

M8861外滚道磨床砂轮主轴的改造

将M8861外滚道磨床砂轮主轴由原来的5块可倾瓦式动压滑动轴承改为液体动静压混合轴承,并对其主轴及壳体进行修磨,装配后与专用的供油装置相连,解决了动压滑动轴承精度保持时间短,轴承磨损后回转精度差等问题,使主轴的旋转精度和使用寿命大大提高.     

柔性支承结构对可倾瓦轴承稳定性的影响

为了进一步提高可倾瓦轴承支承转子系统的稳定性，提出由弹簧支承的柔性可倾瓦轴承结构。设计制造单层弹簧和双层弹簧支承的2种柔性可倾瓦轴承试样，在转子-轴承实验台上开展稳定性实验研究。实验结果表明：由弹簧支承的柔性可倾瓦轴承综合支承刚度小于普通可倾瓦轴承的支承刚度，新型柔性可倾瓦轴承具有降低转子临界转速的作用；相比于普通可倾瓦轴承，柔性支承可倾瓦轴承明显降低轴频振幅，能够有效提高转子-轴承系统的运行稳定性，且双层弹簧支承的可倾瓦轴承稳定性提高更为显著。