高参数机械密封摩擦副油膜流场动力特性

摘要：为了研究高参数机械密封摩擦副油膜流场动力特性以提高密封系统的稳定性,建立了摩擦副油膜流场的三维有限元模型,运用计算流体力学分析软件对油膜流场的压力、转速、摩擦扭矩、承载力和泄露量等进行了数值模拟,分析了机械密封的工作转速、压力与摩擦副油膜流场的压力场、承载能力、摩擦扭矩及泄漏量间的关系及其影响规律．     

表面织构对高速插针机构导轨的表面摩擦性能影响

以插针机中具有表面织构的导轨摩擦副为研究对象,考虑表面粗糙度、载荷波动、速度变化、时变油膜挤压效应等因素,分析表面织构对其摩擦性能的影响。应用计算机模拟生成具有自相关函数的粗糙表面,将Greenwood和Tipp建立的粗糙度接触模型以及Patir和Cheng修正后的平均油膜流体润滑模型耦合构建混合摩擦模型,通过MATLAB软件计算出凸轮的1个转动周期内的每个时刻的油膜压力、微凸体压力、油膜厚度。分析了混合润滑阶段摩擦副的油膜压力分布特点,以及织构数量、表面粗糙度、表面织构尺寸参数对摩擦副润滑特性的影响。结果表明：当底座摩擦副粗糙度方差增大时,油膜压力随之减小;微型凹坑半径取60μm,面积占有比取40%,微型凹坑深度取5μm时摩擦副取得最优润滑效果。     

表面划痕对滚子副润滑状态的影响

基于试验中观察到的滚子表面划痕现象,采用数值方法研究了不同供油条件下,划痕对滚子副润滑性能的影响,并与已有试验进行了比较,讨论了划痕长度和深度的影响.结果表明,划痕会影响滚子副的油膜压力和厚度,使得划痕中心油膜压力减小,膜厚增加;同时,划痕边缘处油膜压力增大,膜厚减小.供油层厚度越小,即乏油程度越严重,划痕边缘处的油膜压力及其梯度越大,膜厚越小.划痕越长,划痕越深,划痕中心的油膜压力越低,而膜厚越大.因此,划痕虽增大了滚子副划痕中心的膜厚,降低其压力,但同时增大了划痕附近的压力,减小了膜厚,在乏油条件下尤其如此,因此,划痕会加速滚子副的局部磨损.     

基于改进平均流量模型的离合器接合特性仿真

针对液力机械变速器湿式多片离合器的结构特点,研究了离合器摩擦副表面粗糙接触、摩擦材料的可渗透性和润滑油液的离心力,改进了平均流量模型,建立了修正的雷诺方程用于计算接合过程中油膜压力和油膜厚度的变化规律。采用Greenwood-Tripp接触模型,建立了单摩擦副承载力方程和转矩方程。通过研究摩擦片和对偶钢片相对滑动产生的摩擦热以及润滑油对摩擦副的冷却作用,获得了被动摩擦片的角速度、油膜厚度以及摩擦转矩等离合器接合过程工作特性的变化规律。最后,仿真分析了摩擦副的工作参数和材料特性对接合转矩的影响规律。     

材料力学性能对摩擦润滑性能的影响

建立了理想工况下的点接触数学模型,用光学测量方法对模型进行了验证.研究了钢、铜、铝及复合材料形成摩擦副时,材料的力学性能对摩擦润滑性能的影响.当外加载荷为80 N时,卷吸速度由1 mm/s增加至10 000mm/s的过程中,综合对比了不同摩擦副材料形成的接触区域最大压力、中心油膜厚度和最小油膜厚度等摩擦润滑性能参数之间的关系,并分析了这些参数随速度的变化关系,引入压力峰值比来判断二次压力峰的变化.     

载荷和供油压力对浮环轴承润滑影响的理论研究

针对浮环轴承双层间隙的结构特点,建立了其润滑模型.在考虑供油压力和油膜破裂的情况下,通过求解基于长轴承理论的雷诺方程,得到了内外油膜周向压力分布情况,并推导了油膜力的解析表达式.在给定浮环轴承结构参数的情况下,利用Matlab软件对润滑模型进行了计算和仿真.分析了诸如载荷、供油压力、转子转速等参数对浮环轴承静平衡位置、油膜连续性以及轴承内间隙润滑的影响.得出了较大的外载荷会导致较大的外油膜偏心率和外油膜空穴区扩大,而供油压力主要影响外油膜的偏位角的结论,并指出载荷的加大会使进入内间隙润滑油量在很宽的转速范围内减小,有可能会导致内膜贫油情况的发生,而增大润滑油注油压力会有效缓解这一现象的发生.     

挤压油膜阻尼器力学特性研究

研究了两种供油条件下挤压油膜阻尼器瞬态油膜压力及油膜合力的特点及供油压力对挤压油膜阻尼器油膜力的影响。给出了产生全正压膜的条件。     

油气润滑系统特性参数正交实验研究

本文利用正交实验法,基于ECT电容电析成像技术,在油气润滑测试实验台上系统研究了供气压力、单次供油量、单次供油间歇时间3个参数对管内含油率的影响,并得出了这3个参数对管路含油率影响大小的排列顺序,以及管内含油率最小且油膜分布最稳定的最佳实验条件;最后分析了当供气压力和单次供油量为最佳实验条件时,管内含油率随单次供油时间间隔的变化规律,为油气润滑系统特性的进一步研究与应用提供了参考依据.     

基于毛细管节流多油垫静压转台理论和实验研究

针对毛细管节流多油垫闭式静压转台建立主轴系统动力学模型,应用Simulink软件得到了主轴系统在偏载下的动静态特性,分析了不同外载及不同加载位置对转台油膜厚度、油膜承载力、油腔压力及转台偏转角的影响.搭建了静压转台动静态特性实验装置,对8油垫静压转台进行了动态加载实验和正弦激励扫频实验.计算结果与实验结果比较表明:该理论模型具有合理性,为静压转台的优化设计和精密机床加工精度的提高提供依据.     

径向柱塞泵中高速滑动摩擦副的支撑性能研究

径向柱塞泵中摩擦副的设计好坏对于泵的工况有很大影响。针对这一问题，本介绍了在径向柱塞泵滑靴定子摩擦副中采用阻尼管型静压支承的方法，并对静压支撑方式油膜静动态性能进行深入的研究。     

油膜润滑条件下滑动轴承变形与应力数值模拟

针对某汽轮发电机组转子的动压滑动轴承,采用热流耦合方法求解轴瓦及油膜的温度场,应用有限差分法对雷诺方程求解得到开设油槽条件下的油膜压力分布,提出一种离散化的油膜压力载荷与轴瓦内孔表面网格的批量映射匹配方法.在获得能够保证轴承正常工作的合理油膜温度场之后,对轴瓦进行热固耦合求解,得到轴瓦的变形和应力分布.通过分别对不同宽径比与偏心率下轴瓦变形与应力的数值模拟结果比较,得到轴瓦变形及应力分别随宽径比和偏心率的变化规律.结果表明,该方法能够有效地完成动压滑动轴承变形和应力的数值模拟,轴承轴瓦的变形及应力均分别随宽径比和偏心率的增大而增大．     

球磨机静压轴承油膜温度场数值模拟与分析

针对球磨机静压轴承经常发生烧瓦现象,基于热传导理论,对静压轴承油膜建立数值分析模型,并利用有限元分析软件ANSYS,得到了油膜温度场分布。研究表明：三维数值模拟分析可以揭示轴瓦面油膜温度分布,解决实际工程中由于油膜很薄导致静压轴承内部温度场无法直接测量获得的问题。油膜产生温升主要是受到剪切及系统发热造成,使得油液粘度变小,从而造成油膜的刚度和承载力等性能的改变。温度峰值区出现在靠近油膜边界处,为防止温升过高,可采取风冷、降低轴瓦比压等措施。分析结果对深入研究静压轴承运行过程中油膜的动态变化和传热机理、优化设计方案具有十分重要意义。     

Online Load Operating Mode of Oil Film Bearing in High Speed Wire Rolling Mill

To study the mechanism of burnt damage of oil film bearing in high-speed wire rolling mill,reasonable tempera- ture sensors are designed and calibrated,pressure block of rolling mill has been transformed into pressure sensors.Online tempera- ture and load of oil film bearing in a domestic precision rolling F15 have been tested.Consequently,a large sum of valuable test data was obtained.The distributions rules of pressure and temperature under continuous online rolling state are recorded in detail. Theoretical and experimental results are beneficial to damage mechanism of oil film bearing,thus its service life could be pro- longed.Moreover,such results could provide an important reference for online test and control.     

具有半球形凹坑表面的滑动轴承润滑分析

具有非光滑表面的滑动轴承具有一些独特的性质,适当的表面凹坑对径向滑动轴承的润滑性能可能有一定的改善作用。为研究球形凹坑对径向滑动轴承润滑特性的影响,本文建立了具有不同形式球形凹坑的径向滑动轴承润滑分析的数学模型。利用有限差分法进行求解,得到径向滑动轴承的油膜压力与承载力,并研究凹坑的个数、尺寸、分布规律及凹坑深度对径向滑动轴承的润滑特性的影响。计算结果表明:与光滑面相比,在充分润滑状态及轴承几何运动参数不变情况下,合理的凹坑个数、尺寸参数、分布形式及凹坑深度对提高径向滑动轴承的油膜压力及承载能力具有一定的改善作用。     

极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

极端工况条件下静压支承运行过程中的极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得,为解决此技术难题,设计一种新型油垫可倾式静压支承结构,形成静动压混合推力轴承,提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承,建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征,求得摩擦副热力耦合变形,获取三维油膜形貌,判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置,获得油膜厚度状态,验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明：极端工况下该结构润滑效果大大改善,轻载高速时热变形起主导作用,油膜厚度差异较大。低速重载时力变形占主导地位,油膜较平滑。油腔外侧封油边交角处变形最大,此处油膜最薄,易发生摩擦学失效。     

滑动轴承压力分布及动特性系数

为了对滑动轴承的压力分布和动特性进行研究,基于有限差分法求解静态雷诺方程,得出滑动轴承油膜压力的分布情况,分析了油膜压力作用下轴瓦合金层的应力分布情况。通过求解扰动压力微分方程,得出有限宽滑动轴承的动特性系数。研究表明,油膜压力呈三维抛物面分布,在油膜压力峰值处合金层应力最大,在油膜压力梯度最大处应变最大,油膜动特性系数随着偏心率的增大而增大,交叉阻尼近似相等。     

混合流态下短径向滑动轴承热流体润滑特性研究

以高速短径向滑动轴承为研究对象,研究混合流态下采用不同温黏模型时轴承静态特性的变化。考虑油膜中同时存在层流和紊流两种流态,基于两种温黏模型,联立求解雷诺方程、能量方程,分析油膜中流态变化,得到压力分布、承载力、摩擦力和最大温度等特性参数,并将某工况下混合流态时油膜特性与等黏度模型和单一层流流态时的结果进行比较。结果表明:基于不同温黏模型时油膜内流态分布明显不同;与等黏度模型相比,变黏度模型承载力和温升明显下降;与单一层流流态相比,混合流态下油膜承载力和摩擦力均较大。     

轧机油膜轴承相对间隙优化设计

在选定润滑油品、给定轧制速度和轧制压力的情况下,利用大型有限元分析软件ANSYS对油膜轴承和润滑油膜进行双向流固耦合分析,计算分析了考虑温度变化的不同相对间隙时的油膜及衬套的受力变形情况,得到了衬套受力变形及温度分布规律,并利用疲劳极限求出轴承的最佳相对间隙,为轴承结构优化提供理论数据。     

液体动压轴承特性分析的实验方法研究

简要说明了液体动压轴承的特性与润滑油的粘度、滑动速度、油膜厚度的关系,从而制定了特性的实验研究方法,通过本实验系统,测出了油膜压力分布曲线,轴承特性值与摩擦系数的关系曲线以及最小油膜厚度的实测值。     

考虑轴倾斜的滑动轴承流固耦合瞬态分析

考虑轴受力产生变形引起的轴倾斜,采用流固耦合方法,直接求解Navier?Stokes方程,对滑动轴承系统中轴和润滑油膜进行三维瞬态分析,同时求解流场和固体域,得到油膜动态压力分布、轴心的运动轨迹和不同转速下油膜厚度分布. 结果表明,轴倾斜使油膜压力分布和轴心轨迹变化明显,最小油膜厚度减小,流场压力峰值增大. 通过对滑动轴承的三维瞬态分析可以预测轴承工作过程中实时的轴心轨迹、压力分布、油膜厚度等润滑特性,为滑动轴承的优化设计提供参考.