重型静压推力轴承间隙油膜流态的数值模拟

间隙油膜流态对静压推力轴承润滑性能有显著影响,却无法通过试验直接进行分析.针对此问题,运用计算流体动力学和润滑理论对静压推力轴承间隙油膜流动进行数值模拟.建立定常不可压缩紊流模型,采用有限体积法和二阶精度的差分格式离散方程.通过将数值模拟结果与理论公式计算结果的比较,验证了所采用的数值模拟方法的正确性.模拟结果表明,随着工作台旋转速度的增加,封油边润滑油的流动始终为层流,而油腔中润滑油流动逐渐由层流变为紊流.该研究成果为静压推力轴承摩擦功耗及温升计算提供理论依据.     

环形腔多油垫静压推力轴承热变形

高速重载工况下立式车床静压支承摩擦副的热变形对油膜形状有很大影响,会导致油流状态、基本假设和边界条件都发生很大变化,难以用经典润滑理论性能计算公式来精确预测油膜的润滑性能。针对此问题,基于流固耦合方法对静压推力轴承工作台和底座的热变形进行了模拟仿真,揭示其变形分布规律。研究了环形腔多油垫静压推力轴承热变形与转速的关系,获得了考虑热变形影响的油膜润滑性能预测模型,并进行了验证试验,仿真结果与试验数据基本一致。本文所得结论可为静压推力轴承散热结构的设计、润滑和解决变形问题提供理论依据。     

基于圆盘缝隙阻尼器的中心通流静压推力轴承

针对轴向柱塞马达变量阀配流机构的结构特点,提出圆盘缝隙前置阻尼中心通流式流体静压推力轴承的原理和结构.计算承载能力和油膜刚度,分析轴承密封带与圆盘缝隙前置阻尼平面的高度差对静压推力轴承特性的影响,并与细长孔前置阻尼流体静压推力轴承的承载能力和油膜刚度进行对比.结果表明,圆盘缝隙前置阻尼流体静压推力轴承的油膜绝对刚度较大,是油膜厚度的单调递减函数,油膜厚度越小刚度越大,承载能力稳定,负载适应能力较强;细长孔前置阻尼流体静压推力轴承在设计油膜厚度附近刚度最大,当油膜厚度改变时刚度减小.对高度差5和10μm的2种样机进行对比试验,试验结果表明,2种轴承均可在压力0~12 MPa,当转速为0~1 000r/min时正常工作,泄漏和摩擦都很小.当流体压力变化时,高度差为5μm的轴承的泄漏量和摩擦扭矩相对较稳定.     

恒流环形腔多油垫静压推力轴承油膜刚度特性

油膜刚度影响静压推力轴承振动幅值和承载能力,严重时将导致静压推力轴承摩擦副接触失效,影响立式数控装备的加工精度和运行稳定性。为了避免此现象发生,本文根据润滑理论和摩擦学原理对恒流环形腔多油垫静压推力轴承油膜刚度进行研究,分析润滑油粘度、工作台旋转速度和承载重量等因素对油膜刚度的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:润滑油粘度对油膜刚度有一定的影响,考虑粘度变化时油膜刚度大,计算结果相对精确。空载和承载工况条件下,随着旋转工作台转速增加,间隙油膜变薄,油膜刚度变大。相同旋转速度条件下,承载时油膜厚度小于空载时油膜厚度,承载时油膜刚度大于空载时油膜刚度。理论计算结果与实验值吻合较好,所得结论可为静压推力轴承油膜厚度控制系统设计提供理论依据,提高立式数控加工装备运行稳定性。     

高精度动静压油膜轴承设计方法研究

针对高精度动静压油膜轴承的设计方法进行了研究,对影响轴承性能的主要参数（包括：油腔数目、油腔结构形状、节流器参数、供油压力等）进行了分析,提出了相应的设计方法,并采用MATLAB软件对高精度动静压油膜轴承的油膜性能进行了数值解算,实现了油膜压力场的三维仿真.     

数控凸轮磨床高刚度液体静压轴承磨头的研究

阐述高刚度数控凸轮磨床磨头液体静压轴承及其节流器的选用方法,按照无穷大油膜刚度的条件,进行了薄膜节流液体静压轴承的设计计算和数控凸轮磨床高刚度磨头的初步设计.     

高速重载静压推力轴承温度场速度特性

针对重型立式数控装备中所用的大尺寸静压推力轴承的润滑问题,建立了模拟静压推力轴承本体及间隙油膜三维流动的数学模型及边界条件,采用ICEMCFD软件对环形腔的静压推力轴承内部流体温度场进行仿真模拟,获得了旋转速度和间隙油膜温度的关系,得到了其温度场的分布规律.结果表明:间隙油膜温度随着工作台旋转速度增加而增加,最高温度出现在半径内侧与外侧封油边和油腔形成的阶梯附近,最低温度出现在回油槽处.     

不同腔形结构静压轴承油膜温升特性对比分析

静压轴承间隙润滑油膜的温升是导致轴承本体变形的主要因素,为了探究不同腔形结构下静压轴承油膜温升特性,对工程实际应用较广泛的扇形油腔、椭圆形腔、矩形油腔、工字形油腔四种腔形结构静压轴承油膜温度场数值计算,并对相同工况条件下等腔面积的四种腔形结构静压油膜温升特性进行了对比分析。结果表明:矩形腔和扇形腔静压推力轴承油膜温度场分布情况相似,与椭圆形和工字形腔不同,温升由高到低依次为工字形腔、椭圆形腔、扇形腔和矩形腔。该研究结果可为静压轴承热变形预测提供理论依据,并为工程中油腔结构设计提供参考。     

无回油槽双列内节流液体静压轴承的研究

内节流液体静压轴承结构简单、紧凑、容易保证节流精度,而且双列内节流静压轴承润滑油泄漏少,功耗小,轴的挠曲刚度高,因此有必要对这种轴承的性能进行全面的研究。根据液体静压支承理论,利用流量平衡方程,分析了无回油槽双列曲节流体静压轴承的基本性能,即受径向载荷和承受弯矩的能力,得出了一些重要结论,从而为该轴承在实际中应用提供了理论依据。     

高速齿轮试验台薄膜反馈节流静压轴承

讨论了在高速齿轮试验台中采用的薄膜反馈节流静压轴承的结构设计，并提出了其耦合多数的最佳选择方法，该轴承具有很高的径向及轴向承载能力与寿命，以及高的运转精度、轴承油膜刚度．     

凸凹接触式行星滚柱丝杠的啮合承载特性

为提高行星滚柱丝杠的承载能力,分析优化行星滚柱丝杠的螺纹牙型,提出一种基于凸凹接触的啮合方式。设计凹圆弧的丝杠和螺母牙型轮廓,基于空间啮合理论推导螺纹曲面方程、空间啮合方程,并基于赫兹接触理论和变形协调方程建立负载分布模型;采用数值计算的方法对啮合点位置、轴向间隙和接触应力进行求解,系统揭示了牙侧角、螺距等参数对啮合点位置、轴向间隙和负载分布的影响规律,并对比分析标准式和凸凹式行星滚柱丝杠的接触应力。结果表明:牙侧角对轴向间隙的影响最大,丝杠和螺母的凹圆弧半径变化对接触点位置和轴向间隙几乎没有影响,但对承载能力影响十分明显;与标准式相比,凸凹接触式行星滚柱丝杠的承载能力有较大的提高,丝杠和螺母凹圆弧半径越小承载能力提高越明显。本研究为研制高承载、高使用寿命的行星滚柱丝杠提供了优化设计和分析的依据。     

大型风力机主轴承故障信号提取方法

针对大型风力机主轴承易发生故障且特征信号难以提取的问题和传统盲分离算法计算量大、收敛性较差的缺点,提出了基于粒子群优化的盲源分离算法.算法根据负熵最大化判据,采用粒子群优化算法对盲源分离过程进行优化,且将该算法成功应用于某风场大型风力机主轴承故障信号的提取中.分析结果表明,该算法可有效分离大型风力机主轴承与其他部件的振动信号,与其他算法相比具有分离精度高、可靠性好等优点,对风力机主轴承的故障诊断十分有效.     

转子分布不平衡和轴承特性参数同时辨识方法

针对转子模态动平衡的关键参数转子不平衡量和轴承特性参数难以确定的问题,提出一种基于轴承处振动响应的轴承特性参数和转子分布不平衡参数的同时辨识方法。以多项式函数描述转子质量偏心曲线,表征转子连续分布的不平衡质量;以有限元法建立转子/轴承子结构运动微分方程;采用虚功原理将连续分布的广义不平衡力转化为节点处的集中不平衡力并建立其与偏心曲线系数的关系,从而推导出轴承特性参数及质量偏心曲线系数的同时辨识方程,进而实现基于不同转速下轴承处的振动响应辨识出轴承特性参数和分布不平衡参数。以一个转子轴承系统为例进行了偏心曲线阶次对参数辨识的敏感度仿真,结果表明：偏心曲线阶次对参数辨识结果影响较小。以实测轴承处响应辨识得到的参数进行一阶模态动平衡实验,平衡后轴承处振动明显降低,验证了提出的辨识方法及其在模态动平衡中的有效性。     

球轴承-转子系统动特性的整体分析方法

针对轴承刚度计算精度不高的问题,求解滚动轴承内圈方程组的雅可比矩阵得到滚动轴承五维刚度,对轴承刚度特性分析表明,刚度随工况变化呈显著非线性变化.考虑转子外力和不平衡力作用于轴承的载荷变化和工况变化对轴承刚度的影响以及轴承刚度对转子系统动特性的影响,提出了滚动轴承-转子系统动态特性计算的整体分析方法,使用最速下降法结合牛顿-拉夫逊法求解系统的特征值,建立了转子失稳门槛的优化模型.对某多圆盘转子的临界转速、失稳门槛计算的结果表明:考虑轴承和转子相互作用对系统动特性的影响较为显著,优化转子直径提高了失稳门槛值.本研究为转子系统动特性的准确计算提供了方法.     

多元复合地基中柔性桩-土-垫层的相互作用

采用柔性桩与桩周土的相对位移表达式来表示多元复合地基中柔性桩桩侧摩阻力的分布规律,结合变形协调条件、物理方程和力的平衡方程,分析了刚性承台下柔性桩-土-垫层的相互作用,并将计算结果与模型试验结果进行了对比。结果表明：增加垫层厚度或提高垫层变形模量均能缓解桩顶应力集中,充分调动桩周土的承载能力;随着柔性桩的刚度提高,或垫层厚度增大,或垫层变形模量提高,柔性桩复合体的承载力均有不同程度的提高;最大桩侧摩阻力位于桩顶以下1／4～1／3桩长处;由于桩顶向垫层刺入使桩身存在负摩擦区,导致桩身最大轴力并不在桩顶,又因柔性桩的刚度不大,桩顶刺入作用较弱,负摩擦区段的长度短,故负摩擦不大。对比试验结果验证了所提出的方法具有可行性,对复合地基的设计计算具有指导意义。     

基于V-detector算法的滚动轴承故障诊断方法

针对实值阴性选择(RNS)算法的检测器尺寸不能自适应变化的问题,提出基于变检测半径的RNS算法(V detector)的轴承故障诊断方法.将计算轴承振动信号局域波分解后各基本模式分量的关联维数作为特征向量,并根据故障模式将其划分为多个自体样本集,采用V detector算法训练多个检测器集,用其对轴承故障进行诊断.结果表明：自体半径过小则误诊率高,自体半径过大则检测器灵敏度低,这都将导致准确率减小;覆盖率越高,则准确率越高、计算花费越大,当覆盖率≥95%时,覆盖率对准确率的影响远小于其对计算花费的影响;相对于基于RNS的诊断方法,V detector算法具有同样高的准确率,且计算花费显著减小、稳定性更高,可有效地识别轴承故障.     

表面织构化径向轴承的弹流润滑研究

为研究表面织构和轴承表面弹性变形对径向滑动轴承润滑性能的影响,利用Winkler弹性基础模型计算轴承表面的变形量,采用有限差分法求解经典雷诺方程,最终计算并对比含表面织构和无织构情况以及柔性和刚性条件下的轴承润滑性能。数值模拟结果表明:与轴承表面的弹性变形相比,表面织构对径向轴承静特性的影响更加显著,且织构可以明显改变油膜压力的分布情况;此外,织构在轴承上的分布位置对轴承性能也有不同的影响作用,分布在压力上升区域的织构对轴承特性有正面的影响,分布在压力下降区域的织构对轴承特性有负面影响。     

Wear fault diagnosis of an emulsion pump crank bearing

The total load on a crank bearing was calculated by performing a load analysis of the crank connecting rod mechanism.The Reynolds equation for hydrodynamic lubrication of the crank bearing was established at the Reynolds boundary condition and was then solved using the Holland method. From this the regular track of the bearing axis was obtained. As the crank bearing gradually wears the eccentricity ratio corresponding to the minimum oil film thickness increases gradually. The oil-bound film eventually breaks down, which allows friction and collision between the metal surfaces of the crank pin and the bearing. The rigid impact leads to excitation of high frequency vibrations at the natural frequencies of the connecting rod. The experiments show that the wear condition of the crank bearing can be identified correctly through the vibration signature at the natural frequencies of the connecting rod. The degree of wear can be predicted accurately through the energy content of the high frequency bands.     

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．     

基于轴承间隙模型的摆锤碰撞试验台仿真研究

基于Andrews的轴承间隙动力学模型,推导了不同工况下轴承应力的计算公式,并在摆锤碰撞试验台系统上进行了仿真,并编写了仿真软件。为了验证本文模型的有效性,把仿真结果与没有考虑轴承间隙时的仿真数据以及试验数据进行了对比,表明基于轴承间隙的仿真模型更接近于试验结果。本文中的间隙模型也可用于其他机械系统的动力学仿真。