热效应对径向浮环轴承最小油膜厚度及稳定性影响研究

以径向浮环动静压轴承为研究对象,采用有限元法和有限差分法联立求解Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,得到内外层油膜的压力分布、温度分布和黏度分布,对油膜压力积分得到轴承的刚度系数和阻尼系数。针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,结合能量方程和Routh-Hurwitz准则推导出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统的热失稳判据,分析了油膜热效应对内外膜最小油膜厚度与失稳转速的影响。结果表明:内外膜油腔呈现多个的温度峰值,两端面温度高于油腔中央温度;内外膜最小油膜厚度和系统失稳转速随着进油温度的升高而减小;高速工况下,油膜温升是导致浮环轴承发生油膜破裂和失稳现象的重要因素,计算时需计入油膜热效应对轴承性能的影响。     

混合润滑状态下结合面法向动态接触刚度与阻尼模型

机械结合面的动态接触特性对评估机床整机性能有着重要的意义。针对混合润滑状态下固定结合面复杂的接触特性,提出了一种结合面的法向接触刚度与阻尼模型。采用三维Weierstrass-Mandelbrot函数获得粗糙表面形貌,并基于分形理论建立了结合面固体部分的接触刚度与接触阻尼模型;根据平均流动的广义雷诺方程建立了液体油膜接触刚度与阻尼模型,其中油膜接触刚度是固体表面接触刚度的函数,实现了油膜接触刚度与固体接触刚度的耦合。通过仿真分析了固体、液体油膜以及结合面的刚度阻尼特性,结果表明:液体油膜接触阻尼远大于固体接触阻尼,结合面的接触阻尼特性主要取决于油膜接触阻尼;在接触前期油膜接触面积所占比例较大,结合面的接触刚度主要由油膜接触刚度主导,随着固体真实接触面积的增加,液体油膜接触刚度占结合面接触刚度的比率越来越小,最后转变为固体接触刚度主导结合面的接触刚度。     

基于多层可行方向法液体静压转台优化设计

为提高液体静压转台的动力学性能, 该文从N-S方程着手, 计算了液体静压油腔处的动压承载力。通过供油压力计算了同位置处的静压承载力, 利用动压承载力和静压承载力的相互叠加, 计算了液体静压导轨综合承载力, 继而推导了油膜刚度的计算公式。在此基础上, 建立了以综合承载力和油膜刚度为目标函数, 以液体静压转台的振动基频为约束的优化模型, 利用响应面方法和分层可行下降方向法对优化模型进行了求解, 并对优化后的设计进行了瞬态冲击载荷下加工精度的验证, 从而为工程设计提供了理论依据。     

多孔质气体静压轴承在三轴转台设计中的应用

气体静压轴承广泛应用于航空、航天、精密电子工业中。三轴转台是高精度的测试设备，用来对惯性系统和惯性元件进行检定、标定以及建立相应的误差模型，它的测试精度直接影响航空、航天等飞行器的控制和导航。转台的检测精度与回转轴的回转精度有密切关系。多孔质气体静压轴承同其他节流形式的轴承相比具有很高的承载能力、静态刚度以及很好的阻尼效应。文章对多孔质气体静压轴承进行了理论分析，并同气体静压小孔节流轴承的静态性能进行了比较，结果表明，此类轴承的承载能力明显优于小孔节流轴承。     

多微通道式气体静压节流器阶跃响应特性的测试研究

针对采用外部激励法研究气体静压节流器的响应特性时存在实验设计复杂、动态参数难以计算等问题,设计新的阶跃响应测试来分析气体静压节流器的动静态特性。采用多微通道式气体静压节流器作为研究对象,设计测试方案对空载时的多微通道式气体静压节流器在垂直方向上的阶跃响应进行测量,通过时域分析法分析其性能参数。测试结果表明:多微通道式气体静压节流器-气膜系统为二阶系统,且阻尼振荡频率随着输入气压的增大而增大;根据节流器-气膜系统的动力学模型和阶跃响应函数,进一步得到气膜的阻尼系数和静刚度,且其阻尼系数和静刚度随输入气压的增大而增大。该阶跃响应测试方法能有效分析多微通道式气体静压节流器的固有频率、阻尼比等性能参数,对节流器结构的设计起指导作用。     

微型燃气轮机浮环轴承动力学参数影响因素研究

浮环轴承在高速运转时内层油膜承载力大于外层油膜承载力,在分析浮环轴承稳态内外层油膜压力时,只分析外层油膜压力即可表现出浮环轴承的承载能力.利用转子动力学分析软件DyRoBes与有限差分方法分别对相对重载微型燃气轮机浮环轴承外层油膜压力Reynolds方程进行数值计算,分析并比较其运算结果.由于浮环轴承自身结构的特点,使得浮环轴承内外层油膜刚度和阻尼的相互关系等效于弹簧和阻尼的串联,由此可以算出不同转速下的浮环轴承油膜总刚度和总阻尼及偏心比、轴颈的静平衡位置等影响浮环轴承油膜特性及动力学行为的重要参数,最后利用Routh-Hurwitz判别法分析了对应转速下的油膜稳定性.     

气体动压径向轴承超薄气膜润滑动特性分析

在微纳米尺度下工作的气体薄膜润滑轴承,气膜厚度与气体分子平均自由程较为接近,气体稀薄效应是影响轴承动态特性的关键因素。通过MATLAB的偏微分方程工具箱求解超薄气膜润滑动态Reynolds方程得到动态刚度和阻尼系数,探讨了不同半径间隙,稀薄效应修正模型以及轴承参数对动特性系数的影响。结果表明,随轴承间隙减小,气体稀薄程度增加,气体径向轴承的动态刚度系数显著降低,动态阻尼系数有所增加。当半径间隙降低到纳米尺度时,动态性能受轴承参数的影响较小。     

液体静压导轨转台轴向振动的动力学建模与分析

该文从Navier-Stokes方程着手,通过量纲分析略去微小量,再结合定流量供油的圆形油腔液体静压导轨系统油膜承载力模型,建立了液体静压导轨系统带有速度项的非线性油膜力模型,进而建立了液体静压导轨系统转台的动力学方程。同时,利用数值计算,并针对不同变量情况对液体静压导轨转台进行了动力学性能分析,研究结果对于深入研究液体静压转台系统的力学性能提供了理论依据。     

考虑弹性变形的推力轴承抗冲击特性分析

针对滚动轴承试验机的陪试轴承——推力滑动轴承承受瞬时冲击载荷这一问题,建立了推力轴承-转子系统的动力学模型和简化的轴承座结构变形模型,运用有限元法求解雷诺方程,欧拉积分法求解转轴的轴向动力学方程,ANSYS仿真获得轴承座的结构变形量,通过联合求解,得到了冲击过程中推力轴承油膜合力、最小油膜厚度和流量随时间的变化情况,对比了考虑和不考虑轴承座结构变形时推力轴承的冲击响应。结果发现:轴承座弹性变形对油膜合力和最小油膜厚度的影响不可忽略。不考虑结构变形时,油膜合力和最小油膜厚度的响应速度快得多,响应时间大约快了22%。弹性变形延缓了响应过程,起到了缓冲作用,并且缩短了达到稳态时所需的时间。考虑和不考虑弹性变形时,油膜合力的最大值和最小油膜厚度的最小值基本相同。分析表明,合适的轴承座结构刚度可以提高推力轴承的抗冲击能力。结构刚度不能小于某个临界值,太小可能造成某一瓦块的最小油膜厚度非常小,难以承受大的瞬时冲击载荷;同时也不能太大,不仅结构复杂,而且起不到缓冲的效果,可能会造成某些连接件过早失效。     

新型动静压挤压油膜阻尼器减振特征的实验研究

以小孔节流的新型动静压挤压油膜阻尼器为例，从实验上研究了ＨＳＦＤ对柔性转子系统振动的控制能力，并与传统挤压油膜阻尼器的减振特性进行了比较，结果表明了与ＳＦＤ相比，ＨＳＦＤ能够明显地改善ＳＦＤ的非线性特性，是一种具有良好减振特性的阻尼元件。     

Effect of couple stresses on static and dynamic characteristics of MHD wide tapered land slider bearing

This paper presents an analytical study on the effect of couple stress on static and dynamic characteristics of wide tapered land slider bearing in the presence of applied magnetic field. A non-dimensional modified Reynolds equation is derived for the bearing under consideration. Closed-form expressions for the steady fluid film pressure, steady load carrying capacity and dynamic characteristics, viz., dynamic stiffness and dynamic damping coefficients are obtained. Numerical computations of the results revealed that magnetohydrodynamics tapered land slider bearing lubricated with couple stress fluid provides higher steady load carrying capacity, dynamic stiffness coefficient and dynamic damping coefficient as compared with the corresponding Newtonian case. It is observed that the presence of applied magnetic field characterized by the Hartmann number in the couple stress lubrication of tapered land slider bearing provides the improved static and dynamic characteristics as compared with the non-magnetic case.     

推力轴承油膜刚度对轴系－艇体结构 耦合振动的影响研究

在轴系－艇体结构耦合系统中,推力轴承是轴系与艇体结构振动耦合的关键部件之一,其阻抗特性直接决定了纵向脉动力到艇体结构的传递特性,对系统的耦合振动有着至关重要的影响。对推力轴承的动力学特性进行研究,得到在螺旋桨不同转速下的推力轴承油膜刚度,并将其应用于轴系－艇体结构耦合系统的动力学模型中,进而对不同转速下的轴系－艇体结构耦合振动进行分析。结果表明,推力轴承油膜刚度在中低转速条件下是纵向脉动力向艇体结构传递的重要影响因素,因而对螺旋桨纵向脉动力诱导的艇体结构振动与声辐射的预报和控制必须对其加以考虑。     

内燃机曲轴模型系统振动分析的实用方法

针对内燃机运转过程中的亟需解决的建模问题,采用模态机械阻抗综合法对6135ZG型柴油机曲轴系统振动进行复杂耦合振动系统的动力学建模和振型分析。以流体动力润滑理论为基础,对径向滑动轴承和推力轴承的动态特性进行了分析,在计算中考虑了油膜支承刚度对曲轴振动特性的影响,并采用相对应的有限元模型作为计算对比对象,对前6阶振动情况进行了分析。经过结果对比发现两者计算结果基本吻合,证明了建模方法的正确性。     

静压支承摩擦副变形流热力耦合求解与实验

摩擦副变形对静压支承摩擦学性能有显著影响,不均匀变形会引起润滑油膜破裂和干摩擦,严重时导致静压支承摩擦失效。针对环形缝隙节流静压支承,运用计算流体动力学、弹性理论和有限元法对静压支承摩擦副变形进行流热力耦合求解,得到了旋转速度和工作台自重对支承摩擦副变形的影响规律和摩擦失效机理。并进行了实验验证,数值模拟结果和实验值吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性。研究结果表明:随着旋转工作台转速增加,间隙油膜温度升高,热变形增大。工作台自重产生摩擦副的弹性变形对热变形有均匀化作用,但其挤压效应会加大热变形,造成工作台和底座的变形为内边靠近外部开口的喇叭状。工况继续恶劣,润滑油黏度急剧下降,局部油膜迅速变薄,出现干摩擦润滑,导致静压支承摩擦失效。     

大型水轮机组推力轴承油膜厚度在线监测研究

油膜厚度是反映推力轴承运行状态的重要参数,对油膜厚度进行实时在线监测有助于实现推力轴承的稳定运行。以某大型水轮机组推力轴承为例,结合其润滑流体的雷诺方程和油膜厚度方程,利用有限差分法分析了不同载荷和不同转速下推力轴承油膜厚度和压力分布的变化规律,并设计了一种油膜厚度实时在线监测方法。理论分析结果表明,当转速一定时,推力轴承油膜厚度先随着载荷的增大而增大,达到峰值后,随着载荷的增大而减小;当载荷一定时,油膜厚度随着转速的增大而增大。理论分析结果与该水轮机组推力轴承油膜厚度的在线监测数据完全吻合,验证了提出的油膜厚度在线监测方法的可靠性,为推力轴承运行状态的诊断提供了科学依据。     

Dynamic characteristics of a double‐row multirecess externally pressurized journal bearing

Abstract

A numerical method is used to compute the characteristics of an externally pressurized journal bearing. Results indicate that the squeeze term due to the oil pocket has very small effect on the bearing characteristics. At lower rotational speeds, double‐row hydrostatic journal bearings have higher damping coefficients than the single‐row bearings and, therefore, have a better stability. However, the stiffness coefficient and the loading capacity are lowered when using double‐row bearings.     

Investigation on Axial Displacement Fault Mechanism Based on Dynamic Characteristic Coefficients Identification of Tilting-Pad Thrust Bearing

To prevent the thrust bearing damage faults, the thrust bearing pad temperature and the static axial displacement variation are usually monitored and cared about, but axial vibration caused by axial dynamic excitation can also result in the severe rubbing. An electric oil pump system with overflow valve is designed on a similar industrial centrifugal compressor test-rig to apply the axial low-frequency excitation from 3 to 7 Hz, and the axial and radial vibration response amplitudes are analyzed. Then, the stiffness and damping coefficients of tilting-pad thrust bearing (TPTB) are identified by instrumental variable filter (IVF) algorithm to reveal the mechanism of TPTB dynamic characteristics affecting axial vibration. Finally, a fault case about surge and the rubbing of thrust bearing is studied. Compared with axial vibration, radial vibration does not directly correlate to axial excitation, and the axial frequency spectrum is an effective method to diagnose axial displacement faults; the static axial load, the dynamic excitation amplitude and the excitation frequency all exert influence on thrust bearing dynamic characteristics and axial vibration response. The research results can guide the design of thrust bearings and help to diagnose the axial displacement faults, while the test device and method can be used to measure the static and dynamic characteristics of thrust bearings.