水润滑橡胶轴承特性仿真与试验研究

为研究水润滑橡胶轴承特性,采用软件仿真与试验相结合的方法对轴承偏心率、摩擦因数、橡胶变形量、最小水膜厚度、长径比和水膜压力等参数及其与轴转速和载荷之间的关系进行深入探讨。应用Pro/E软件分别建立了轴承及其间隙的3D模型,并采用流固耦合方法及气穴模型在ANSYS和Fluent软件中对轴承动态特性进行模拟。为获得实际工况下的橡胶轴承径向截面全周连续水膜压力分布,研究轴承润滑状态,采用特殊的转轴设计,将压力传感器安装在轴端,并应用无线测试技术对水膜压力信号进行采集与传输。给出水润滑轴承试验台、转轴设计与传感器布置方案,最后应用无线测试系统对八纵向沟槽水润滑凹面橡胶轴承的水膜压力进行测试,并与仿真结果比较分析。研究结果表明,多沟槽凹面橡胶轴承不存在全周完全连续水膜,处于混合润滑状态;沟槽对水膜压力分布的影响较大;轴承某些板条上会出现水囊,形成明显的压力双峰;降低转速或者增加载荷都会增大橡胶变形量与轴承摩擦因数,引起轴与轴承接触。长径比越大,轴承越不容易与轴发生接触。     

水润滑轴承水膜压力无线测试系统标定方法

为了通过试验获得准确的水润滑轴承水膜压力,深入研究轴承特性与润滑机理,针对已有水膜压力无线测试系统,提出了系统标定方法并给出了标定结果的应用实例。首先,介绍了水膜压力无线测试系统及压力传感器的结构与参数;然后,详细阐述了无线测试系统的标定方法、标定条件、标定步骤以及数据处理算法,并在标定实验台上对已有系统进行标定实验;最后,将标定结果及测试系统应用到八沟槽水润滑橡胶轴承水膜压力的测试中。试验结果表明,该无线测试系统标定方法可行、标定结果可靠。     

水润滑艉轴承综合性能实验平台研究

为实现对水润滑艉轴承及其传动系统的综合性能测试,开发了一种水润滑艉轴承综合性能实验平台,设计了实验平台测试方案,并对其重要部件进行了结构设计和动力学分析,结果表明其结构不会发生共振。该实验平台能模拟水润滑艉轴承及其传动系统的复杂工况,在线检测水润滑艉轴承工作转速、转矩、温度、摩擦特性、水膜压力分布、轴心轨迹、噪声、水膜的动刚度系数和阻尼系数等各项参数,为建立水润滑艉轴承系统实验与评价体系,掌握水润滑摩擦副的承载、失效机理与演化规律、摩擦学性能与动态服役行为等关键科学问题提供实验条件。     

大型贯流泵水润滑导轴承数值模拟

利用Fluent软件对某大型贯流泵水润滑导轴承内部流场进行数值模拟,研究了不同转速下轴承水膜压力场分布情况,并分析了相关参数对轴承润滑水量及其静态性能的影响.结果表明:轴承水膜在高低转速下压力分布差异较大;动压效应显著时,轴承内部会产生倒流现象从而降低润滑水量;降低半径间隙、增大转速及供水压力能提高轴承承载力及刚度;降低转速、增大供水压力及半径间隙能提高轴承润滑水量.     

非接触式电磁加载水润滑轴承监测系统

在水润滑轴承试验研究中,传统机械或液压等接触式加载方式存在振动、噪声、发热与摩擦磨损等问题,另外,监测系统特别是软件功能还不完善,影响轴系稳定运行与测试结果准确性。针对上述问题,设计了非接触式电磁加载装置（电磁加载力大小及角度均可调节）,并基于LabVIEW开发了水润滑轴承监测系统;应用该系统对水润滑橡胶轴承进行水膜压力测试试验,并将试验结果与仿真结果进行对比,结果表明,系统运行稳定,测试数据可靠,实用效果良好。     

基于ANSYS多物理场的水润滑轴承的数值分析

借助ANSYS多物理场求解器的流固耦合功能对六沟槽水润滑橡胶合金轴承进行2D数值模拟,得到了水润滑橡胶合金轴承润滑膜内的压力分布、速度分布及橡胶轴瓦的弹性变形状况,进而分析了水润滑橡胶合金轴承的润滑性能.结果表明:在载荷较大及中高速工况下,橡胶轴瓦的弹性变形会显著影响水膜膜厚分布及水润滑轴承的润滑性能.     

UHMWPE复合材料水润滑轴承润滑状态转变性能研究

水润滑轴承润滑介质的黏度较低,轴承动压润滑难以形成。研究水润滑轴承润滑状态转变特性,可为水润滑复合材料轴承的设计和优化提供依据。建立水润滑轴承流固耦合计算模型,研究轴承承载力、水膜压力、轴承变形量随工况的变化关系,提出水膜厚度测试方法,研究轴承摩擦因数、水膜厚度随转速、负载的变化规律。研究结果表明:随偏心率和转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量均逐渐增大;随转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量的增幅逐渐减小。试验发现随着负载增大,改性UHMWPE轴承从混合润滑向动压润滑转变的膜厚比逐渐减小。     

考虑粗糙度时不同衬层材料水润滑轴承润滑特性比较*

以水润滑轴承为研究对象,考虑表面粗糙度的影响,针对丁腈橡胶（NBR）、赛龙、飞龙、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种新型非金属衬层材料建立润滑数学模型,并推导水膜厚度方程;采用有限差分法,研究考虑实际表面粗糙度时4种新型衬层材料的衬层变形、水膜厚度和水膜压力的变化规律,分析最大水膜压力和承载力随转速的变化,并与表面光滑轴承进行对比。结果表明：考虑表面粗糙度时水润滑轴承的衬层变形和水膜厚度均呈波状分布,衬层变形减小,最小水膜厚度变薄,而水膜压力有轻微的局部突变,最大水膜压力增大,承载力下降;4种材料的变形量和最小水膜厚度由大到小均依次是NBR、赛龙、飞龙、UHMWPE,水膜压力由大到小依次是UHMWPE、飞龙、赛龙、NBR。在相同工况下,NBR衬层材料比其他3种衬层材料相对容易形成润滑水膜,而UHMWPE衬层材料可以保证系统承受较大的承载力。研究结果对水润滑轴承材料选型和加工装配有一定的参考意义。     

水润滑轴承水膜压力研究进展

水膜压力是水润滑轴承的重要参数。通过对水膜压力的研究,可以获得轴承的其他重要特性,如水膜厚度、轴承承载能力以及润滑方式等,进而确定轴承润滑区域与状态,预测轴承使用寿命。从理论计算、软件仿真与试验测试方法等3方面,对水润滑轴承水膜压力的研究方法进行归纳总结,分析水润滑轴承水膜压力研究目前存在的主要问题以及需要进一步研究的重点,为水润滑轴承特性及润滑机理的研究提供参考。     

基于MATLAB的轴向开槽水润滑径向轴承性能分析

对轴向开槽水润滑径向轴承的润滑性能,包括动压润滑水膜厚度、压力分布、轴承承载力等应用MATLAB软件进行数值计算与分析.结果表明:轴向开槽轴承压力分布不连续,水槽处压力降低为0;相同几何尺寸的轴承开槽后承载能力比不开槽时的低;槽的宽度越大,个数越多,轴承的承载能力也就越小.     

An Experimental Study on Film Pressure Circumferential Distribution of Water-Lubricated Rubber Bearings with Multiple Grooves

Experimental research on the water film pressure of water-lubricated rubber bearings with multiple grooves (WLRBMG) was carried out. A test rig was designed that could measure various performance of WLRBMG to further study the properties of the bearing. The experimental results indicated that film pressure circumferential distribution of WLRBMG was different from that of conventional rigid bearings. The relatively low water film pressure led to a partial contact between the shaft and rubber bearings, which will cause significant rubber deformation. Integration of the friction coefficient and orbit of the shaft center also suggest that the WLRBMG operated in mixed lubrication. The multigroove structure had a significant influence on the film pressure circumferential distribution of WLRBMG. By detailed analysis of the experimental results, some properties and working mechanism of the WLRBMG have been found and demonstrated.     

立式水润滑可倾瓦轴承-转子试验台设计*

第三代压水堆核电站中广泛采用的立式水润滑轴承技术是制约我国核电发展的关键点之一,因此建立立式轴承试验台进行相关试验有重要的工程价值。提出一种包含加载激励约束系统、供水密封系统、测量系统的立式水润滑可倾瓦轴承试验台设计方案;通过比较卧式轴承试验台和立式轴承试验台在加载时对于轴承约束的不同,给出适合立式轴承试验台的浮动轴承约束机构方案;按照相似准则对AP1000核主泵立式水润滑可倾瓦轴承进行缩比设计,在满足Summerfeld数、宽径比和间隙比要求的条件下,设计出适合试验研究的轴承试件。试验结果显示：研制的立式四瓦可倾瓦水润滑轴承试验台,能够实现试验轴承在不同转速和加载、激励工况下瓦面温度、供水压力、静载荷、水膜脉动压力、转轴涡动等的测量,运转状态稳定,可以满足立式水润滑可倾瓦轴承动静特性的研究要求。     

Influence of Particles on the Loading Capacity and the Temperature Rise of Water Film in Ultra-high Speed Hybrid Bearing

Ultra-high speed machining technology enables high efficiency, high precision and high integrity of machined surface. Previous researches of hybrid bearing rarely consider influences of solid particles...     

Numerical analysis of plain journal bearing under hydrodynamic lubrication by water

The article aims to provide references for designing water-lubricated plain journal bearings. Considering the differences between the physical properties of the water and of the oil, the effects of eccentricity ratio on pressure distribution of water film are analyzed by computational fluid dynamics (CFD). Then numerical analysis of journal bearings with different dimensions is undertaken under different rotational speeds. Based on the analysis, a reference is produced for selecting the initial diameter dimension which is used to design an efficient water-lubricated plain bearing under the given load and rotational speed. At last, the reference is verified by an experimental case.     

基于动网格方法的油膜轴承性能的研究

考虑气穴的影响,建立了油膜轴承所支撑转子系统的动力学模型,并利用新的动网格更新方法,编制了求解油膜轴承压力分布、转子静平衡位置以及轴心轨迹的程序,验证了其正确性。利用该程序考察了气穴压力和转速对油膜轴承压力分布和所支撑转子的轴心静平衡位置的影响。计算结果表明,在相同的速度和载荷下,随着气化压力升高,轴承偏心率和最大油膜压力增大,偏位角减小,并且最大油膜压力的周向位置受气化压力的影响较小;而在相同的载荷下,转速对转子静平衡位置影响较大,并随着转速增加,轴承偏心率减小,偏位角增加。     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

水润滑塑料合金轴承的弹流润滑分析

建立水润滑塑料合金轴承的数学模型,对水润滑条件下塑料合金轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,讨论转速和载荷对水润滑膜压力和膜厚的影响。结果表明:在水润滑条件下,转速对水润滑膜的压力影响不明显,而膜厚及最小膜厚随转速的增大而明显增大;随载荷的增大,压力峰值有明显增大,而在入口区压力随载荷增大而减小,膜厚及最小膜厚随载荷增大而减小。