精密机床静压转台轴承-转子摩擦副材料选型

静压转台由于其刚度大、阻尼性能较好及运转平稳等优点,特别适用于精密磨床及铣床。针对精密机床静压转台轴承-转子摩擦副的材料选型问题,通过对其使用工况的分析,获得了对轴承-转子摩擦副的材料选型方案,该方案重点考察摩擦副的摩擦磨损性能及润滑油的粘-温特性。根据选型方案,对几种备选的摩擦副材料(转子材料、轴承材料及润滑油)进行了摩擦磨损实验及润滑油粘-温特性实验,并对实验的结果进行了分析和评价,获得了一组最佳的轴承-转子摩擦副材料搭配。研究结果可为精密机床静压转台摩擦副设计及材料选型提供参考。     

超导磁液推力轴承的结构设计及性能分析

为提高大型飞轮储能系统的效率和稳定性,设计了一种超导磁力与静压流体力相复合、由16块超导瓦和8块带小孔节流器的静压瓦组成的推力轴承。首先基于超导体局域模型和静压流体方程建立分析模型,然后采用解耦的方法分析复合轴承的刚度等性能指标,对复合轴承进行优化。结果表明复合轴承既可以保证稳定悬浮,又能保持较大的刚度,其功率损耗也在可接受范围内。     

精密磨床转台静压轴承的强健化设计

针对精密磨床转台静压轴承性能仿真数据与其回转精度实测数据不一致的问题,为提高转台静压轴承的设计水平,提出了静压轴承的强健化设计方法。该方法考虑了轴承结构参数在轴承全生命周期内的变化,分析了半径间隙、油腔尺寸、节流比及润滑油黏度在设计、加工、装配和服役4个阶段的变化规律,重点研究了半径间隙在各阶段对轴承性能造成的影响,给出了转台静压轴承的强健化设计流程。通过一个径向轴承的设计实例对该强健化设计方法进行了说明,并将设计结果与传统设计进行了对比。对比的指标是轴承在4个阶段的刚度、承载力和温升,这3个指标对轴承回转精度有直接影响。研究表明：进行强健化设计后,在生命周期内静压轴承的刚度和承载力的变化量为10%~27%,温度的变化量为0.5%~1.6%,较传统设计更能保证转台回转精度的稳定。     

水润滑轴承刚度测试中磁力加载激振技术研究

针对水润滑径向轴承刚度测试中加载力和激励力的实现问题,研制了一套电磁径向加载激振装置,并在大长径比水润滑橡胶轴承刚度测试中得到应用。设计并制造了一个八极式电磁加载装置,构成四组电磁铁,通过PID技术实现装置的静态加载、正弦及冲击动态激励功能,并能对转轴实现小角度角位移控制;开发了一套磁力监测软件,试验验证了电磁加载装置的各项功能,将该加载装置安装在单轴承支承的正置式试验台中,识别的水润滑橡胶轴承的刚度值数量级为107N·m-1。结果表明:该磁力装置可实现静态加载以及谐波动态激振功能,此技术可用于水润滑径向轴承刚度测试。     

气液两相对机械密封润滑膜超声检测精度的影响

机械密封动环和静环之间形成的润滑膜厚度是其稳定运行的一个重要评价指标,为实现润滑膜厚度的非接触检测,根据机械密封润滑膜的特点,构建了接触式机械密封润滑膜的超声检测模型,并推导了润滑膜厚度的计算公式.指出机械密封在运行过程中会产生两相流,准确测量机械密封润滑膜的厚度,必须考虑密封介质的两相问题.引入中间变量混合因子,通过...     

快变升速过程的端面密封性能试验研究

为考察端面密封在低黏度介质润滑条件下的特性,采用液氮介质模拟高速涡轮泵低黏介质润滑环境,通过对液氮介质润滑的端面密封进行2 s升速至2.9万转的快变升速过程以及120 s的稳定运行过程的试验研究,获得快变过程的端面温度、泄漏量、摩擦力、摩擦因数等各项密封性能数据。结果表明:随着转速增加,端面温升上升,液氮介质汽化出现两相现象,密封副处在干摩擦状态;当转速上升至24 000 r/min时密封泄漏量明显增加,但未超标;密封系统运转开始时,端面间干摩擦条件下的摩擦力较大,最大摩擦因数值为0.27,随着转速的逐渐增加,摩擦因数逐渐减小,最小摩擦因数为0.14。     

固体颗粒对发动机缸套-活塞环润滑性能的影响

为研究润滑油中含有微小固体颗粒时对缸套-活塞环润滑性能的影响,采用格子-波兹曼方法（LBM）建立含有固体微颗粒的活塞环润滑离散模型,针对活塞环润滑特点进行油膜边界条件处理,研究单个及多个颗粒对于润滑的影响,同时分析颗粒形状、分布及位置对活塞环润滑的影响。研究表明：当颗粒距离活塞环较近时,对于活塞环附近的油膜压力影响较大;当颗粒位于油膜破裂边界附近区域时,由于颗粒的存在导致油膜压力场出现负压,并且出现回流区,这将有可能导致颗粒堆积进而造成磨损;无论是单个颗粒还是多个颗粒都会使油膜压力有明显突变,而多个颗粒时影响的润滑区域更大,这种突变会导致活塞环运动的稳定性变差,从而影响发动机的性能。     

基于金相组织调控的锡基巴氏合金B83性能改进

为提高滑动轴承巴氏合金层的性能,满足旋转机械高速、重载和高可靠性发展的需要,促进高端滑动轴承产品的研发,本文针对锡基巴氏合金B83进行了性能改进研究.根据B83的金相组织模型,分析金相特征与其力学、摩擦学性能之间的特殊联系,设计了在B83中加入微量的Ag(1%、3%)及石墨(1%)调整金相组织特征,进而改善其力学和摩擦学性能的技术路线,并以布氏硬度、抗压强度、摩擦系数及磨损量4个指标对B83改进前后的性能进行了对比.研究结果表明：添加微量的Ag和石墨均可以促进B83中硬质点的细化和均布,这对提高B83的力学和摩擦学性能有益,特别是添加1%Ag后B83的高温硬度获得了显著提高,而添加微量石墨使B83具有一定的自润滑性,干摩擦系数更加稳定.加入1%Ag后巴氏合金B83的使用性能得到明显提升,更适用于高速电主轴及微型燃气轮机轴承.     

N2O4环境下液体火箭发动机涡轮泵机械密封浸渍石墨的磨损机理研究

针对液体火箭发动机涡轮泵机械密封浸渍石墨在N_2O_4环境下磨损量较大的现象,以宏观试验与微观检测相结合的方法探索其产生的机理。对机械密封石墨的磨损表面进行了电镜观测,根据磨损形貌对正常磨损区与异常磨损区进行了区分,并对异常磨损的诱因进行了假设。提出了石墨表面的树脂腐蚀模型与孔隙气蚀模型,设置了包含静态腐蚀及动态磨损的试验流程以验证树脂腐蚀和孔隙气蚀的作用结果,分别在水及N_2O_4环境下进行试验,并通过扫描电镜及红外光谱分析等手段观测了试验前后石墨表面的微观组织变化,介质试验后气孔平均直径为33μm,为试验前的2倍。研究结果表明:N_2O_4环境并不会造成石墨浸渍物酚醛树脂的腐蚀,造成石墨磨损量较大的诱因是气相N_2O_4在石墨表面孔隙内部破裂导致的气蚀,气蚀后石墨的磨损可达数十微米量级。针对减少浸渍石墨的气蚀,给出了3项制备工艺的改进措施。本文的研究成果也可为其他高速旋转机械的机械密封石墨磨损研究及选材提供参考。     

涡轮泵超导磁力与液膜力复合机械密封性能仿真研究

利用火箭发动机涡轮泵机械密封所处的低温工况，设计静环上嵌有圆形YBCO超导块材的机械密封结构。该机械密封在工作时静环和动环之间同时产生动压液膜力和超导磁斥力，可增大机械密封端面的轴向承载力，避免小间隙下的磨损。利用超导磁力计算模型和磁斥力检测系统，从理论和试验2个角度研究YBCO块材超导磁力大小随间隙的变化；建立含超导磁力的机械密封性能计算模型，对导磁液复合机械密封的承载力、泄漏量、膜厚和摩擦阻力矩等进行计算仿真。研究结果表明：YBCO超导导块可在间隙为5~30 μm时为机械密封提供784~896 N的超导磁力；在转速为10 000~35 000 r/min时，受超导磁力的影响，机械密封的承载力平均增大了896 N，泄漏量平均增大了0.72 mL/s，膜厚平均增加了2.8 μm，摩擦阻力矩平均降低了0.47 N·m。承载力和膜厚的增大以及摩擦阻力矩的降低，有助于减小机械密封在极端工况下因启动和停止而产生的磨损，提高了其寿命。