界面滑移对动压气体轴承间隙流动特性的影响*

为揭示转子静子表面流固界面非一致滑移状态下动压气体轴承转静子间隙流动机制以及对轴承性能的影响,建立界面非一致滑移修正雷诺方程,并耦合气膜厚度方程进行超松弛迭代求解,数值分析研究转静侧滑移状态、偏心率、间隙尺寸和耦合弹性箔片对间隙气膜流动特性的影响。结果表明：流固界面滑移状态对转静子间隙流动及其轴承性能具有显著的影响;转子侧滑移发生在压力上升区,这使得高压区压力减小;而静子侧滑移发生在压力下降区,使得高压区压力增大;与无滑移情形相比,局部滑移时间隙气膜压力峰值变化增幅达12%。在研究的参数范围内,随着偏心率减小和间隙高度增大,间隙界面滑移状态逐渐由转子侧滑移占主导向静子侧滑移占主导转变;耦合弹性箔片时,滑移区域增大1~4倍,滑移速度增大2~8倍,间隙气膜压力呈现双峰值分布。     

螺旋槽气体轴承动态特性及失稳分析

针对高速动静压气体轴承气膜的复杂非线性动力学行为,以球面螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立润滑分析数学模型;采用有限差分法与导数积分法进行求解,得到动态扰动压力分布及动态特性系数,并研究切向供气条件下螺旋槽参数、径向偏心率、供气压力、转速对气膜刚度阻尼系数的影响规律;建立线性稳定性计算模型,预测气膜涡动失稳转速,分析运行参数对失稳转速的影响。结果表明:气膜阻尼是一种抑制涡动的因素,气膜的稳定性取决于气膜刚度与阻尼的协同作用;气膜刚度阻尼随着槽宽比、槽深比、螺旋角的增大,整体上呈先增大后减小的趋势;刚度随转速的升高而增大,阻尼则随转速的升高而减小;径向偏心率和供气压力越大,气膜刚度和阻尼越大;在一定范围内,提高供气压力、增大径向偏心率能够提高系统失稳转速;合理地选取轴承结构参数和运行参数,能够优化轴承动态特性,保证气体轴承较高的运行稳定性。     

稀薄效应对径向气体轴承承载性能的影响

基于超薄气膜润滑理论,通过引入微尺度条件下气体稀薄效应流量因子,推导考虑稀薄效应的气体润滑轴承雷诺方程,并采用有限差分法对其进行离散求解,数值分析了不同偏心率、半径间隙以及转速对气膜压力分布、承载力的影响规律,并与未考虑稀薄效应的数值结果进行比较。结果表明:稀薄效应的存在并不会影响压力分布规律,其中气膜压力分布具有非线性,并沿着轴向呈抛物线状;最大压力及承载力随转速和偏心率的增大而增大,随着半径间隙的增大而减小;当考虑气体稀薄效应时,气膜各点压力水平及承载力相比于未考虑时有所下降;当半径间隙越小,偏心率越大时,气体稀薄效应越显著,最大压力及承载力的变化幅度也越明显。     

不同转速下动压气体轴承静动力学特性分析

建立了动压气体轴承非线性气膜力模型,基于DyRoBes-Beperf软件分析了不同转速下动压气体轴承静、动力学特性,如偏心率、最小气膜厚度、最大气膜压力、摩擦功耗、临界轴颈质量、刚度系数、阻尼系数等。结果表明:动压气体轴承主刚度随转速增加呈先减小后增大,同静压气体轴承相似;偏心率对最大气膜压力影响显著;当工作转速低于临界转速时,转速对最大气膜压力影响较大,当工作转速高于临界转速时,转速对最大气膜压力影响不大。     

气体动压轴承非线性动力学行为和稳定性预测

以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立三维微气膜瞬态流场数学模型,采用流体动力学软件,对轴承三维气膜压力场进行仿真分析,得到使轴承承载能力最大的结构参数和运行参数。研究在最大承载力下,不同转速和偏心率对气体轴承瞬态刚度系数和阻尼的影响规律,探索气浮轴承瞬态非线性动力学行为。模拟出转子受转速影响下的轴心轨迹图,研究轴承-转子系统的稳定性。研究结果表明:槽宽比、槽深比、偏心率对轴承承载特性的影响明显;提高转速和偏心率有助于轴承的稳定,但随着转速的升高,轴承转子系统的稳定性接近临界状态,导致轴承转子系统不稳定,而较大的偏心率,易导致轴承产生碰摩现象,也破坏了轴承的稳定性,因此,在轴承设计过程中应合理选择轴承的设计参数,提高轴承的综合性能。     

弹性箔片动压径向气体轴承起飞转速和承载能力的实验研究

在建立的气体轴承性能测试实验台上对新型弹性箔片气体动压径向轴承进行了起飞转速和承载能力的实验研究,并分别通过摩擦力矩和径向位移响应频谱两种方法分析了轴承的起飞转速。结果表明:轴承起飞后摩擦力矩逐渐减小并趋于稳定,且径向位移响应频谱图上只有较大的低倍频分量出现,高倍频分量和其它频率分量要小得多;两种分析方法得到的轴承起飞转速基本吻合;载荷越大,轴承和转子中心的偏心距越大;由于箔片弹性变形使卸载过程存在能量损失,同样载荷下卸载时的偏心距比加载时大。     

气体轴承特性模拟及实验验证

针对某30 kW微型燃气轮机用静压气体轴承,开展轴承刚度、承载力及轴系临界转速特征的数值与实验研究。通过离散化可压缩雷诺方程,采用数值迭代方法,获取轴承内气膜压力分布和气膜刚度特性;采用有限元方法,研究转子-轴承系统的模态特性与临界转速;在气体轴承支撑的微型燃气轮机试验台上,采用时域振动信号和不平衡响应曲线等振动测试分析方法,获取轴系的气膜临界转速特性。研究结果表明:研究的该静压气体轴承,其转速在30 000 r/min内动压效应相对于静压效应可以忽略;轴承气膜刚度随着偏心率增大而增大,但当偏心率超过0. 8时,由于出现"静态不稳定区域"导致气膜刚度下降。数值模拟和实验都证实了转子在6 000 r/min和9 000 r/min附近出现了由气膜刚度引起的锥动临界特征。     

制冷压缩机径向气浮轴承的静态特性分析*

为研究以R134a为润滑工质的制冷压缩机径向气浮轴承的静态性能,基于流体润滑的雷诺方程,通过理论假设实现气体轴承的建模与分析,采用数值分析对三维气膜流场进行分析,得到动压轴承的气膜厚度分布、气膜压力分布、承载力、稳定性等特性,并与以空气为工质的径向气浮轴承进行比较。结果表明:在相同的情况下以R134a为工质的气体轴承的承载力比以空气为工质的小,两者的承载力都随着偏心率、轴承间隙、转速的增大而增大,所以在设计以R134a为工质的气浮轴承时,偏心率和轴承间隙都要比以空气为工质时偏大;以R134a为工质的转子系统的稳定性比以空气为工质的差,两者系统的稳定性都随着偏心率、转速的增大而趋于稳定,这表明要使转子系统获得相同的稳定性,以R134a为工质的气浮轴承要设计较大的偏心率。     

基于格子Boltzmann方法的动压气体轴承黏性热耗散研究

箔片气体轴承微间隙内的流场常处于滑移区,甚至过渡区,会出现一些微观效应,其热特性的研究采用宏观方法已不再合适。为研究不同工况下动压气体轴承间隙热特性变化规律,基于格子Boltzmann方法建立包含黏性热耗散项的径向轴承间隙传热数值模型;采用总能形式的双分布函数热模型,通过有限差分离散将其应用到贴体网格中,同时引入速度滑移和温度阶跃边界条件,通过数值计算得到不同参数下的轴承间隙气膜温度分布,并分析了不同埃克特数（Ec）、偏心率和转速条件以及温度阶跃对黏性热耗散的影响。结果表明,当Ec数、偏心率和转速增大时,气膜最高温度增加,两侧的温度阶跃增加;温度阶跃效应的忽略均会导致黏性热耗散量不同程度的低估。     

超临界二氧化碳涡轮机主轴静压轴承承载特性分析

以超临界CO 2涡轮机主轴支承静压轴承为研究对象,基于Fluent软件建立静压轴承气膜的三维分析模型,分析了轴承结构、偏心率、气膜间隙对气膜压力、承载力和刚度的影响。结果表明:双排进气结构静压轴承的气膜压力、承载力和刚度均高于单排进气结构;偏心率对承载力有显著的影响,承载力和偏心率呈非线性正相关;在偏心率一定的条件下,平均气膜间隙较小的静压轴承承载力和刚度更高;刚度和偏心率呈现高度的非线性关系,刚度随偏心率的增大先增大后减小,偏心率为0.32时出现极值,且极值前刚度的增长梯度明显高于极值后刚度的减小梯度。     

Performance of an externally pressurized rectangular gas bearing under constant effective recess pressure

The present study predicts the performance of an externally pressurized rectangular recessed gas bearing under different operating conditions. The analysis makes use of simplifying assumptions and an empirical formula which relates the recess pressure to the bearing supply pressure. A comparison between the theoretical results obtained and available experimental data shows qualitative agreement. There are some deviations in pressure distribution and load-carrying capacity especially at greater film thickness and supply pressures. The reasons for these deviations are discussed.     

径向动压气体轴承承载能力的CFD分析

为改进计算精度和提高计算效率,采用CFD软件Fluent对径向动压气体轴承承载能力进行分析.使用软件Solidworks建立径向动压气体轴承三维物理建模;从可压缩流体润滑方程及连续性方程出发,得到等温条件下动压润滑雷诺方程的基本形式,运用有限差分法计算径向动压轴承的压力分布及承载力等特性;采用Fluent进行有限元仿真...     

轧机静-动压油膜轴承结构和性能

概略介绍了轧机静-动压的油膜轴承、结构特点及润滑系统的组成。     

一种静压轴承密封的研制

基于奥尔-佐默菲尔德层流流动理论和层流流动的性质,建立了密封腔内外流动模型,并研制出了一种用于水轮机的静压轴承密封。这种密封的主要原理是利用密封外面输入清洁水,使内外腔压差克服泥沙水的压力。该密封减少了水的泄漏,改善了密封的使用条件,减少了磨损,同时也降低了维修费用,达到节能的效果。     

高压液压阀耐压试验台制作及调试

本文介绍了对高压液压阀做耐压试验的一座试验台的系统原理、制作特点及调试过程.     

基于Fluent的动压径向轴承油膜力场模拟研究

通过Gambit划分网格建立有限元模型,利用CFD软件Fluent直接求解油膜轴承力学方程的方法对油膜轴承力场进行模拟。研究在相同的进油压力下,轴承在不同转速下油膜力场的三维分布。结果表明:油膜力场分布模拟结果与理论研究及实验结果一致,证明理论、实验与数值模拟结合研究油膜力场分布的可行性;在稳态工作下,动压滑动油膜轴承在油膜厚度最小处被分隔成楔形收敛区和发散区,并在楔形收敛区和发散区油膜分别存在正压峰值和负压峰值;油膜最大正压和最大负压随转速均呈线性增长的规律,且与位置无关。     

可倾瓦推力轴承中进口压力对热动力润滑性能的影响

从理论上研究了进口压力对推力轴承热动力润滑性能的影响。进口压力的存在,使油膜厚度增大,油膜内粘性能耗散减少,进油流量增大,温升减低,有利于提高润滑性能,轴承转速愈高,进口压力也就愈大。因此,进口压力是分析研究高速轻载可倾瓦推力轴承热动力轴承热动力润滑性能中的一个不可忽略的重要因素。     

油水两相流对滑动轴承油膜压力的影响

研究建立了一台适用于测试油水两相流润滑工况下滑动轴承油膜压力的实验装置。实验研究了润滑油混入水滴后对滑动轴承油膜压力的影响规律,得出了若干规律性的结论。     

Journal bearing housing design—A statistical study with FEM

When designing journal bearing housings for construction equipment, one goal is to get an even pressure distribution over the length of the bushing. This is to avoid excessive wear due to contact pressure peaks.A housing that is considered good, does not allow the pin to deflect and keeps the stresses low in the weld. To do this it must be stiff and this will lead to high contact pressures on the edges of the bushing, which is not preferable since wear is highly dependent on the contact pressure level.If the distribution of the contact pressure could be smoothed out over the bushing, the material might be used more efficiently. The normal way to do this is to crown the bushing to allow for pin deflection. However this leads to reduced area in contact. Another method to avoid high pressures in the bearing is to optimize the bearing housing for optimum stiffness.This paper describes one way to optimize journal bearing housings in regard to the contact pressure in the tribo-contact. A statistical approach was applied to a parameterized finite element model with contact elements. Three parameters were analyzed at different loads; set ring thickness, set ring width and fillet weld size.The contact pressure distributions were evaluated in two different ways to a single value to meet the statistical demand of measurable result. The results show that the set ring thickness and width are the parameters that influence most the contact pressure distribution. To reduce the maximum contact pressure the set ring thickness should be kept small.     

具有椭圆抛物面织构的滑动轴承性能研究

考虑椭圆抛物面织构,研究其对滑动轴承性能的影响。以径向滑动轴承为研究对象,建立具有椭圆抛物面织构的滑动轴承雷诺方程。采用有限差分对方程进行离散,结合超松弛迭代法进行求解,得到滑动轴承的性能参数值,并与光滑滑动轴承进行对比。结果表明:单一凹/凸表面织构下,随着织构几何参数的变化,承载力和摩擦因数存在相同的变化趋势,与光滑滑动轴承相比,轴承的性能没有得到有效的提升。考虑凹凸复合表面织构,研究其对滑动轴承性能的影响。结果表明,存在最优织构几何参数使得滑动轴承承载力增大,摩擦因数降低,滑动轴承的性能得到有效的提升。