海水润滑塑料轴承的时变微观热弹流润滑分析

考虑了时变效应、轴承表面海水润滑膜温度场和两固体表面横向粗糙度等因素,对塑料轴承的弹流润滑问题进行研究.利用压力求解的顺解法及温度求解的逐列扫描技术,得到塑料轴承时变微观热弹流润滑问题的完全数值解.讨论了粗糙度函数幅值和波长及载荷、转速对于海水润滑膜压力及膜厚的影响.数值计算结果表明,粗糙度的几何参数对润滑性能有着不同程度的影响;随载荷的增大,压力增大,膜厚减小;转速对压力影响较小,随转速的增大,膜厚增大.     

端面粗糙度对螺旋浅槽机械密封液膜空化的影响

以螺旋浅槽上游泵送机械密封为研究对象,对端面粗糙度进行近似模拟,同时建立涉及表面粗糙度和液膜空化的间隙润滑膜流动计算模型,模拟分析端面不同部位粗糙度对密封液膜压力分布和空化的影响。研究表明：密封端面粗糙度会使液膜高压区压力提升、范围扩大,且粗糙度越大越明显,其中,动环非槽区粗糙度影响最大,静环端面粗糙度影响次之,动环槽区粗糙度影响最小;低转速(如1 000 r/min)时,无论端面粗糙与否,螺旋槽和粗糙微元均未导致液膜空化;较高转速时,位于较低膜压区的粗糙微元会导致液膜微观空化,动环槽区粗糙度对液膜宏观空化有一定的抑制作用且粗糙度越大抑制作用越明显,动环非槽区粗糙度导致膜压升高、空化区域收缩,静环端面粗糙度对液膜空化的影响相对较小;动、静环全端面粗糙时对空化的抑制作用比任何局部粗糙时强,且转速越高越明显。     

考虑粗糙度影响的微凹坑织构化机械密封润滑性能的数值模拟

采用正弦粗糙峰表征粗糙表面,建立了织构化粗糙机械密封端面流体动压润滑模型,研究了粗糙度、微凹坑织构几何参数对润滑性能的影响。结果表明:利用数值分析方法研究微凹坑织构对机械密封流体动压润滑性能影响时,不能忽略粗糙度、微凹坑之间的相互影响和边界压力的影响;存在最佳的微凹坑深度和面积密度使织构机械密封端面的流体动压润滑效应达到最佳。     

水基磁流体轴承的微观弹流润滑分析

采用多重网格法和多重网格积分法对水基磁流体润滑轴承进行弹流润滑分析,在雷诺方程中考虑了热、非牛顿、磁场和时变的影响,探讨了粗糙度因素对弹流润滑性能的影响。分析中对比了轴-轴承双面和轴承单面带有正弦粗糙度时的润滑膜膜厚和压力的分布,并研究了双面都带有粗糙度相位不同时润滑膜压力和膜厚的分布。数值分析结果表明,两个表面都存在相同的粗糙度时,在波峰相对处的膜厚更小,压力更大,在波谷相对处的膜厚更大,压力更小;随着一个表面的粗糙峰远离另一个表面的粗糙峰时,膜厚和压力波动减小,润滑膜的最小膜厚逐渐增大,最大压力逐渐减小,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙谷相对时,膜厚和压力不在波动,最小膜厚达到最大,最大压力达到最小。然后当这个表面粗糙峰再继续接近下一个表面粗糙峰时,膜厚和压力的波动增大,润滑膜的最小膜厚又开始减小,最大压力又增大,直到润滑膜的粗糙峰与粗糙峰相对时,膜厚和压力波动最大,最小膜厚达到最小,最大压力达到最大。     

滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响

运用分形理论对滑动轴承粗糙表面进行模拟,研究粗糙表面对其膜厚、压力以及承载力的影响。进一步模拟两向异性粗糙表面,比较轴承圆周及轴向方向上粗糙表面对轴承承载及摩擦性能的影响。结果表明:在一定载荷下,轴瓦表面分形维数越小,尺度系数越大,则轮廓幅值越大,表面轮廓越简单,越难形成润滑膜;表面轮廓幅值对润滑膜压力影响明显,幅值越大,润滑膜压力分布越不平滑,润滑性能越差;表面分形维数越小,特征粗糙度值越大,则承载力越低,摩擦力越大,且圆周方向上的分形维数以及特征粗糙度的影响要比轴线方向的影响大。     

海水润滑塑料轴承的微观热弹流润滑分析

考虑轴承表面海水润滑膜温度场和轴承表面横向粗糙度等因素,对塑料轴承的弹流润滑问题进行了研究。利用压力求解的多重网格法和弹性变形求解的多重网格积分法以及温度求解的逐列扫描技术,得到塑料轴承微观热弹流润滑问题的完全数值解,讨论了连续波状粗糙度、载荷、轴承转速对海水润滑膜压力及膜厚的影响。数值计算结果表明：轴承表面粗糙度对润滑膜压力和膜厚分布都有一定影响,连续波状粗糙度使润滑膜压力和膜厚分布产生振荡;转速和载荷对压力分布影响较小,随转速的增大、载荷的减小,膜厚都有明显的增大。     

液压缸活塞表面微织构动压润滑性能分析

以织构化间隙密封液压缸为研究背景,利用平均雷诺方程对缸筒与活塞的配合处微织构流场进行数学建模,采用有限差分法对平均雷诺方程进行离散,分别对织构形貌为球缺面、圆柱面、圆锥面、抛物面、六面体和正方体进行数值模拟,获得最优微织构形貌,同时探讨了表面粗糙度,表面方向参数和面积占有率对表面摩擦因数的影响。结果表明:六种不同形貌的微织构均能在活塞表面产生动压润滑效果,圆柱形微织构表面动压润滑性能最好;粗糙表面的粗糙峰在运动过程中能够形成动压承载力,圆柱形表面的摩擦因数随粗糙度的增加而增加,微织构的摩擦因数随表面方向参数的增加而减小,随着面积占有率的增加而减小。     

织构化滑动轴承混合润滑与磨损耦合数值模型

基于统计学模型建立织构化轴承混合润滑与磨损的计算模型,通过生成轴瓦虚拟粗糙表面,分别利用平均流量雷诺方程、K-E弹塑性接触模型、Boussinesq积分、Archard型磨损方程求解油膜压力、粗糙峰接触压力、轴瓦的弹性变形和轴瓦表面磨损量。通过有限差分法和牛顿下山法对模型进行数值模拟,得到不同偏心率下的油膜压力、油膜厚度、轴瓦弹性变形、轴瓦表面粗糙峰接触压力及磨损量,并与其他混合润滑模型进行对比,验证了该模型的有效性。以圆形凹坑织构为例,研究在多种工况下,润滑状态转化以及织构对磨损过程的影响。研究表明:织构可以形成二次润滑,有利于流体润滑;随偏心率增大,进入混合润滑状态后,承载能力、粗糙峰接触载荷迅速增加,摩擦因数出现拐点;在混合润滑状态下,磨损过程前期表面织构会造成轴承承载性能降低和增大磨损,随着滑动轴承进一步磨损,表面织构可以起到减磨作用。     

基于流固耦合的接触式机械密封端面泄漏率的研究

由于没有考虑密封环端面变形的影响,采用经验公式计算接触式机械密封端面的泄漏率存在较大的误差。本文考虑了密封端面泄漏率受密封环端面变形的影响,采用ANSYS和MATLAB软件对密封端面泄漏率进行流固耦合数值求解。研究了密封介质压力pi、密封端面压差Δp、弹簧比压psp和密封端面综合粗糙度σ对接触式机械密封泄漏率Q的影响。通过试验,验证了不同密封介质压力下,密封端面泄漏率数值解的正确性。结果表明,考虑密封环端面变形的数值解比经验公式解更接近测量值。密封端面泄漏率随密封端面综合粗糙度和密封端面压差的增大而加速增大,随介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减速增大。本文通过对密封端面泄漏率数值求解,分析泄漏率的影响因素,以期为完善接触式机械密封失效机理起到一定的指导意义。     

中高温密封端面轴向变形及液膜汽化特性研究

为研究中高温液体动压型机械密封端面变形规律及液膜汽化特性,建立涉及汽液两相流和密封环变形的计算模型;以螺旋槽液体机械密封为例,研究不同介质温度下密封端面轴向变形特征,以及润滑膜压力、温度及汽化特性与端面变形的关系。研究表明：动环最大、最小轴向变形分别位于螺旋槽的迎风侧堰区内径侧附近、背风侧中部,槽堰区的轴向变形呈周向波浪式变化;密封端面变形导致坝区膜压、膜温升高且堰区液膜汽化程度明显提高;介质温度升高时,润滑膜温度明显升高、开启力下降,坝区保持低汽化程度,堰区汽化程度提升明显,且当介质温度达393 K后,汽化程度的增速明显加大,即存在汽化突增的介质温度值;转速增大,润滑膜整体汽化程度下降。     

指数率水基磁流体滑动轴承微观热弹流润滑分析

基于考虑热、磁场和指数率非Newton效应的Reynolds方程,探讨了水基磁流体滑动轴承表面粗糙峰值及波长对润滑膜压力、膜厚和温度的影响,结果表明:随着表面粗糙峰值的增大,水基磁流体润滑膜的压力、膜厚和温度的波动幅度越来越大,润滑膜膜厚逐渐减小,温升逐渐增大;随着波长的增大,水基磁流体润滑膜的膜厚波动越来越稀疏,润滑膜膜厚逐渐增大,温升逐渐减小。     

波动表面的等温弹流润滑分析

对具有波动表面的弹流润滑问题建立了数学模型,得到一种普遍的波动表面的点接触非稳态弹流数值算法.以准稳态解为初始条件,逐个周期求出了波动表面的等温牛顿流体弹流润滑的数值解,研究了两接触表面均带横向或纵向粗糙度的等温弹流润滑问题,分析了粗糙峰对压力和膜厚的时变影响,对比了接触表面带不同粗糙度的润滑性能,讨论了幅值和波长对压力和膜厚的影响.结果表明:接触区两表面的粗糙峰的叠加将产生更高的局部压力峰,膜厚变薄,粗糙峰的振幅越大,波长越短,对点接触弹流润滑越不利.     

指数率水基磁流体滑动轴承单峰时变热弹流润滑分析

利用考虑热、磁场、时变和指数率非牛顿效应的雷诺方程,对水基磁流体滑动轴承进行微观弹流润滑分析。对比稳态解与时变解,并探讨速度、载荷对水基磁流体润滑膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:考虑时变效应时水基磁流体的润滑膜的膜厚、压力和温度发生了明显变化,故在实际中不能用稳态解代替时变解;单个粗糙峰的存在,引起了水基磁流体润滑膜的局部最高压力峰和温度峰,由于局部压力峰的存在,使单个粗糙峰被迫压平,膜厚减小;随着速度的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰减小,膜厚增大,温度增大;随着载荷的增加,水基磁流体润滑膜的压力峰增大,膜厚减小,温度增大。     

考虑流体惯性力的水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

利用考虑惯性力的Reynolds方程,对水润滑飞龙滑动轴承进行流体润滑数值分析。探讨不同载荷、转速以及表面粗糙度对压力和膜厚的影响,并与不考虑流体惯性力的热弹流解进行对比。结果表明,考虑流体惯性力的影响时,入口区压力增大,压力峰值有所减小,中心膜厚与最小膜厚均增大;随着载荷的增大,压力峰值增大,入口区的压力和膜厚减小;随着转速的增大,压力峰值减小,入口区压力及润滑膜膜厚增大;轴承表面粗糙度使得压力和膜厚均出现了连续波动,压力峰值增大,最小膜厚减小。     

基于多孔介质模型的机械密封静压泄漏特性分析

针对接触式机械密封普遍存在的渗漏现象,考虑到流体在多孔介质中的流动和在密封端面间的流动具有相似特征,基于多孔介质模型建立密封端面间渗流模型,通过对动量方程和连续性方程的推导,得到适用于密封端面间流体流动的控制方程,提出一种密封端面间泄漏率的解析计算新方法,并与COMSOL数值模拟得到的泄漏率进行对比分析;研究孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚、密封介质压力和弹簧比压对静压泄漏特性的影响规律。结果表明,泄漏率随孔隙率、端面表面粗糙度、膜厚和密封介质压力的增大而增大,随弹簧比压的增大而减小,解析计算结果和数值模拟结果的变化趋势基本一致,证明该解析法计算泄漏率具有实用性和可行性。     

磁流体润滑非接触式机械密封系统的设计分析

根据磁流体黏度随磁场强度变化的特点,以磁流体为润滑介质,提出一种非接触式磁流体密封结构。设计适用于非接触式机械密封的电磁场发生器,并采用ANSYS软件对密封环及润滑膜整体结构的磁场强度进行分析,得到磁感线分布和磁场强度分布,建立电流与磁流体膜内磁场强度的关系。结果表明:设计的磁场发生器在密封环端面处产生的磁场强度达到最高水平,且磁感线垂直于密封端面均匀分布,有利于通过控制电流来控制磁流体膜的黏度。     

不同润滑状态下表面粗糙度对人字槽密封性能的影响

为研究端面形貌对液膜密封密封性能的影响,在人字槽液膜密封端面结构的基础上,建立考虑密封表面粗糙度的数学模型,采用端面形貌表征值(微凸体周向与径向的长度比)和表面粗糙度标准差(综合表面粗糙度的均方根偏差)表征粗糙参数,分析不同润滑状态下表面粗糙度参数对人字槽密封性能的影响。计算结果表明:在混合摩擦状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数和泄漏量逐渐减小,液膜承载能力变大;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数和泄漏量变大,液膜承载能力下降;在全液膜密封状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数不变,泄漏量减小,液膜刚度先增大后略为减小;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数不变,泄漏量和液膜刚度变大。     

三角形周期脉冲载荷对轧辊轴承弹流润滑的影响

建立了三角形周期脉冲载荷作用下轧辊轴承弹流润滑数学模型,利用压力求解的多重网格法及弹性变形的多重网格积分法数值模拟了连续三角形周期脉冲载荷作用下乳化液润滑膜压力及膜厚的分布,分析了三角形周期脉冲载荷作用下润滑膜中心压力、中心膜厚及最小膜厚随时间变化的特性.计算结果表明,润滑膜中心压力的变化周期同脉冲周期一致,中心膜厚的变化滞后于脉冲和中心压力的变化;随三角形周期脉冲幅值的增大,中心压力和中心膜厚的振幅均增大,周期脉冲幅值越大,中心压力值越大,中心膜厚上下波动越大;当周期脉冲脉宽变大时,中心压力和中心膜厚的波动脉宽也变大,0.03 s后的中心膜厚上下波动范围变化微小.     

多相介质泵用高压密封设计及性能分析

针对多相介质泵用机械密封运行特点,为避免介质含气量大范围波动而影响密封端面润滑膜的稳定性,开展高压双端面机械密封结构和端面槽型设计,通过变形校核证明结构设计合理。建立密封端面深槽流体润滑模型,采用数值计算方法进行求解,分析不同开槽面积比的圆弧型槽的端面泄漏量、开启力等主要密封性能随工况参数的变化规律。结果表明：高压状态下,密封端面开深槽能有效改善端面润滑状态;端面泄漏量和开启力随着开槽面积比的增大而变大,同时压力越大,端面泄漏量和开启力也越大,但转速对端面泄漏量和开启力的影响不大。对设计的密封进行台架性能试验验证,获得的密封端面泄漏量变化规律与数值计算结果趋势保持一致。     

粗糙表面形貌对滚动轴承油膜刚度的影响

针对滚动轴承表面为粗糙平面且影响轴承油膜刚度的问题,基于弹流润滑理论,引入表征粗糙表面形貌特性的表面粗糙度理论,建立了滚动轴承粗糙表面弹流润滑油膜刚度模型,并进行数值模拟,分析了滚动轴承的表面粗糙形貌对油膜刚度的影响,得到其变化规律。结果表明:随着粗糙度的幅值、波长的改变,油膜膜厚变化不大,但是压力变化十分明显;油膜刚度随粗糙度幅值和波长的变化呈非线性变化,油膜刚度的最大值出现在接触区中心附近,随着粗糙度幅值的增大主峰与第二峰逐渐融合;油膜刚度的变化频率和变化幅度随波长的增大而减小。