轴瓦变形计算模型对不对中滑动轴承润滑特性的影响

以发动机滑动轴承为研究对象,综合考虑轴颈倾斜问题和实际轴承安装过程中部分轴承悬置在曲轴箱,建立发动机主轴承全约束和局部约束模型,综合考虑实际轴瓦与轴承机座之间关系,建立全约束和安装接触2种工况,采用变形矩阵法计算轴瓦的径向变形量,考虑到有限元网格和有限差分网格密度不一致,采用二维插值法将各节点的径向变形量代入到对应的有限差分网格节点上,分析弹性变形对滑动轴承润滑性能参数的影响。结果表明,考虑轴瓦弹性变后轴承最大油膜压力有所减小,最小油膜厚度增幅较小;随着偏心率增加,计及弹性变形的轴承端泄流量、承载力、工作力矩均变大;随着转速的增加,计及弹性变形的油膜压力、端泄流量、承载力、工作力矩均减小。     

热效应对粗糙表面倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

联立基于平均流量模型的广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程等,计算了计及热效应时,不同表面形貌和轴颈倾斜角下的轴承油膜压力、油膜温度、油膜反力、端泄流量、摩擦系数和保持轴承稳定工作的力矩.考虑和不考虑热效应的轴承润滑特性计算结果表明,计入热效应时,表面形貌和润滑油粘压效应对偏心率较大的轴颈倾斜轴承润滑性能影响较大.     

计及轴颈倾斜的径向滑动轴承流体动力润滑分析

分析了稳定状态下轴受载变形导致轴颈倾斜时，径向滑动轴承流体动力润滑特性；推导了轴受载变形导致轴颈倾斜时的轴承油膜厚度达式；计算了不同轴颈倾斜角、轴颈倾斜方位和轴承偏心率等情况下的轴油膜压力、油膜反力(承载量)、端泄流量、轴颈摩擦系数和保持轴承稳定作的力矩。结果表明，轴受载变形导致轴颈倾斜时，无论是轴承油膜压力布和最大油膜压力、油膜厚度分布和最小油膜厚度，还是轴承承载量、端流量和保持轴承稳定工作的力矩等摩擦学性能，都有明显的变化。     

气穴和圆度误差影响下滑动轴承润滑静特性分析

滑动轴承高速旋转时,润滑油难免会产生气泡,由于滑动轴承加工精度的限制,圆度误差的存在也是难免的,因此综合考虑两者对滑动轴承润滑静特性的影响很有必要。将考虑轴颈和轴瓦圆度误差和考虑气穴黏度和密度变化的方程联立,得到考虑气穴和圆度误差影响的耦合雷诺方程;通过迭代求解雷诺方程,分析气穴和圆度误差对滑动轴承润滑静特性参数的影响。结果表明:圆度误差对最大油膜压力和承载力的影响大于气穴,而气穴对端泄流量的影响大于圆度误差;偏心率较小时圆度误差对摩擦功耗的影响大于气穴,偏心率较大时气穴对摩擦功耗的影响大于圆度误差;气穴使得最大油膜压力、端泄流量、承载力和摩擦功耗增加,圆度误差对油膜压力、承载力、摩擦功耗等静态参数影响较大,对端泄流量几乎无影响。     

考虑轴颈倾斜与空泡运动的径向滑动轴承油气润滑分析

由于重载作用及制造误差而导致的轴颈倾斜现象会改变轴承不同截面处的偏心率及油膜厚度,滑动轴承高速运转时,油膜间隙中会不可避免地混入微小气泡,因此探究轴颈发生倾斜时油气两相流对径向滑动轴承润滑特性的影响很有必要。将考虑空泡运动的、修正后的Rayleigh-Plesset (mRPS)方程与雷诺方程共同联立,通过编写相应算法求解耦合后的方程,分析含气率、气泡参数以及轴颈倾斜程度对滑动轴承静特性参数的影响。结果表明：在不同转速下,随着含气率的增加,最大油膜压力、承载力、端泄流量、摩擦力等静特性参数呈下降趋势;气泡参数对润滑性能的影响与偏心率有关,增大气泡的表面膨胀黏度与减小初始气泡半径对轴承润滑会产生相同的效果;轴颈倾斜会改变油膜压力分布及数值大小,同时使空化区域发生倾斜;随着轴颈倾斜程度的增加,滑动轴承静特性参数逐渐增大,且在大偏心率大倾斜度时更为显著;适当改变气泡参数与油液含气率会在一定程度上削弱由轴颈倾斜带来的影响。     

轴颈倾斜轴承的热流体动力润滑分析

考虑温度对轴颈倾斜轴承润滑的影响,通过解三维能量方程与固体热传导方程,计算轴颈、轴承和润滑油的温度分布,进而对轴颈倾斜轴承进行了热流体动力润滑分析。结果表明:轴承中央截面偏心率较大时,轴颈倾斜角对轴承润滑间隙中油膜温度、最大油膜压力、端泄流量和保持轴承稳定工作的力矩的影响较显著;轴颈倾斜角对油膜层面上的油膜最高温度、温度分布和压力分布的影响较大,油膜厚度较小的区域,油膜压力增大,摩擦生热多,油膜温度上升。     

计及表面形貌和热效应的燃油泵滑动轴承润滑分析

主要分析了轴承表面形貌和润滑剂黏温效应对燃油泵滑动轴承润滑性能的影响。以流体润滑理论为基础,计及轴承表面形貌参数和润滑剂黏温效应等影响因素,建立燃油泵滑动轴承润滑分析模型。Reynolds方程采用有限差分法求解,联立Reynolds方程、热平衡方程及润滑剂黏温方程求解轴承油膜压力和温升。结果表明:表面形貌和热效应对燃油泵滑动轴承的润滑性能存在直接影响,且偏心率越大,影响越明显;表面越粗糙或表面方向参数越小,轴承最大油膜压力、油膜反力和摩擦力均越大;考虑热效应时,轴承最大油膜压力、油膜反力、端泄流量和摩擦力均减小。     

浮环弹性变形对浮环动静压轴承润滑特性的影响

浮环轴承在高速工况下运行时,浮环表面在油膜压力作用下会发生弹性变形,影响轴承润滑性能。针对带有深浅腔的浮环动静压轴承,采用有限元法和有限差分法耦合求解油膜Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,采用变形矩阵法求解弹性变形方程,计算浮环弹性变形分布;在浮环平衡的基础上,分析浮环变形对环速比、油膜承载力、端泄流量等润滑特性参数的影响。结果表明：浮环弹性变形分布与油膜压力分布呈现一致性,转速越高,偏心越大,变形越明显;考虑浮环弹性变形,浮环达到平衡状态时,内膜偏心率增加,环速比减小,轴承承载力与摩擦力矩均有所增加;由于浮环变形对内、外膜间隙及流动液阻的不同影响,使得内膜端泄流量增加,外膜端泄流量减少。     

计入曲轴受载变形的粗糙表面曲轴轴承弹性流体动力润滑分析

对一四缸内燃机曲轴轴承进行了计入曲轴受载变形和表面形貌的弹性流体动力润滑分析.计算中采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴瓦表面的变形.结果表明,表面形貌对曲轴轴承轴心轨迹影响较大,表面弹性变形对曲轴轴承轴心轨迹影响很小;计入表面形貌,曲轴轴承最大油膜压力增大显著,最小油膜厚度明显减小,端泄流量在大部分时间几乎没有变化;计入表面弹性变形,轴承最大油膜压力基本都有不同程度的减小;表面弹性变形对端泄流量、轴颈摩擦因数以及最小油膜厚度的影响甚小.     

椭圆误差对滑动轴承转子系统运行特性的影响

建立了轴颈存在椭圆误差的滑动轴承转子系统动力学模型,通过求解雷诺方程计算出油膜力和轴承的承载能力,着重分析了椭圆误差对滑动轴承转子系统的能量损失、承载力系数以及端泄流量的影响,并根据稳定性临界转速得到椭圆误差对滑动轴承转子系统的能量损失、承载力系数以及端泄流量的影响曲线。研究结果表明:当偏心率小于0.2时,椭圆误差对滑动轴承转子系统的能量损失影响明显,当偏心率大于0.2时,椭圆误差对系统能量损失影响较小;随偏心率的增加,承载能力系数增加,椭圆误差越大,增加速率越小;同一系统中偏心率增加,轴承端泄流量增加,当偏心率大于0.6时,随椭圆误差的增加,系统端泄流量增加速率呈增大趋势。     

计入润滑油粘压效应和表面形貌的倾斜轴颈轴承润滑分析

提出了轴颈倾斜情况下的轴承油膜厚度方程。采用平均Reynolds方程，分析了倾斜轴颈轴承的润滑性能。通过不考虑和考虑润滑油粘压效应的轴承润滑性能对比，验证了分析倾斜轴颈轴承润滑性能时计入润滑油粘压效应的重要性；通过光滑轴承与粗糙轴承润滑性能的对比，验证了分析倾斜轴颈轴承润滑性能时考虑表面粗糙度影响的必要性。计算了不同偏心率、轴颈倾斜角、表面粗糙度、表面方向参数下的轴承润滑性能，结果表明，表面粗糙度在最小油膜厚度较小时对倾斜轴颈轴承润滑性能产生影响，而表面方向参数在最小油膜厚度与综合粗糙度的比值较小时会对倾斜轴颈轴承润滑性能产生显著影响。     

轴承表面弹性变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

采用平均Reynolds方程，在考虑润滑油粘压效应、轴承表面粗糙度的前提下，分析了轴承表面受载变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响，并计算分析了不同表面粗糙度和表面方向参数下，考虑和不考虑轴承表面变形时的轴承润滑性能。结果表明，在分析倾斜轴颈轴承的润滑性能时，必须考虑轴承表面变形；在偏心率和轴颈倾斜角较大时，计及轴承表面变形以后，考虑轴承表面形貌参数对轴承润滑性能分析结果的影响不明显。     

浮环轴承内油膜变偏心率与恒偏心率润滑特性对比分析*

目前对浮环轴承油膜特性的研究,主要基于偏心率对油膜压力及最小油膜厚度的影响,未能反映真实的油膜边界运动。利用计算流体力学的方法,实现浮环与轴颈之间的内油膜边界运动;建立轴颈-浮环之间内油膜润滑部位的流体域模型,研究多相流变偏心率下浮环轴承的油膜特性。结果表明：考虑变偏心率下的仿真计算结果更能反映真实的油膜润滑特性;最大油膜压力在恒定偏心率与变偏心率下均随着转速的升高而增大,最小油膜厚度在恒定偏心率下随着转速的增加保持不变,在变偏心率下随着转速的增加而减小;最大油膜压力与最小油膜厚度在变偏心率影响下变化更明显,为浮环轴承的优化设计提供了理论依据。     

非道路两缸柴油机轴承热弹性流体动力润滑特性研究

基于热弹性流体动力润滑理论和多体动力学理论,针对自主研发的非道路2D25卧式两缸柴油机,采用AVL Excite Power Unit软件建立曲轴轴承的多体动力学模型,探讨柔性整机体模型下轴瓦与轴承座的弹性变形、润滑油的黏温及黏压特性、轴瓦及轴颈的表面粗糙度及热效应等因素,建立轴承的润滑模型并计算不同工况下各轴承的载荷、油膜厚度、油膜压力和摩擦功耗。研究结果表明:随着转速的升高,主轴承的总摩擦功耗增加,轴瓦的热负荷增大;高转速下,第一主轴承(MB1)和第三主轴承(MB3)存在轴颈倾斜不对中,出现偏磨现象,导致第二缸爆发时主轴颈振动加剧;连杆轴承油膜压力分布均匀性较好,轴瓦热负荷低,在高转速下润滑效果更佳。     

倾斜轴颈轴向运动对粗糙表面径向滑动轴承润滑性能的影响研究

通常对轴-径向滑动轴承进行润滑分析时,均忽略多种因素综合作用下轴颈沿轴承轴线方向的运动状况,与轴-轴承系统中轴承的实际工作状况存在较大差异。以轴-轴承系统为研究对象,综合考虑轴颈轴向运动、表面形貌和轴颈倾斜,基于平均Reynolds方程,建立了耦合轴颈轴向运动的粗糙表面径向滑动轴承润滑模型,主要探讨分析轴颈轴向运动对粗糙表面倾斜轴颈轴承润滑特性的影响。结果表明：倾斜轴颈轴向运动对粗糙表面径向滑动轴承润滑特性影响显著;与不考虑滑动表面粗糙度相比,考虑滑动表面粗糙度时轴颈轴向运动对轴承润滑特性的影响程度有所降低;轴颈轴向速度越小,滑动表面粗糙度对轴承最大油膜压力、承载力和稳定工作力矩影响越大;轴颈轴向速度越小,粗糙度模式对轴承润滑特性影响越显著。因此,对粗糙表面倾斜轴颈径向滑动轴承进行润滑分析考虑轴颈轴向运动的影响是非常必要的。     

Hydrodynamic lubrication analysis of journal bearing considering misalignment caused by shaft deformation

Hydrodynamic lubrication characteristics of a journal bearing, taking in to consideration the misalignment caused by shaft deformation, are analyzed. Film thickness expression of the misaligned journal bearing is inferred. Film pressure, load-carrying capacity, attitude angle, end leakage flow-rate, frictional coefficient, and misalignment moment of a journal bearing are calculated for different values of misalignment degree and eccentricity ratio. The results show that there are obvious changes in film pressure distribution, the highest film pressure, film thickness distribution, the least film thickness, and the misalignment moment when misalignment takes place. Therefore, it is necessary to consider misalignment caused by shaft deformation when analyzing the lubrication of journal bearing.     

基于FLUENT的径向滑动轴承紊流润滑特性研究*

为研究计入黏温效应的径向滑动轴承紊流润滑特性,以某汽轮发电机径向滑动轴承为研究对象,基于FLUENT两相流模型建立计入黏温效应的高速、大功率、重载滑动轴承紊流润滑状态下的仿真分析模型;采用Creo软件建立三维油膜模型并导入ICEM软件划分结构化网格,通过编写的黏温方程UDF程序来定义润滑油黏度属性;基于建立的FULENT模型研究定黏度与变黏度条件下偏心率和雷诺数对轴承紊流润滑特性的影响,并将仿真结果与广泛应用的Ng-Pan紊流润滑理论结果进行对比,验证仿真结果的正确性。研究结果表明：考虑黏温效应后,轴承最大油膜压力、最大油膜温度显著降低,承载力、摩擦力有所减小,而摩擦因数、端泄流量有所增加。