基于3D瞬态流场计算的滑动轴承非线性油膜力分析

滑动轴承非线性油膜力的计算结果直接决定了转子-轴承系统非线性动力学分析的精度和效率。针对轴颈扰动下滑动轴承瞬态流场计算中的网格畸变问题,提出了一种适用于小间隙流场3D瞬态计算的变流域动网格技术。通过对滑动轴承润滑流场的瞬态计算,对不同扰动下的线性油膜力与瞬态油膜力进行了对比,并在考虑油膜非线性的影响下,分析了瞬态油膜力径向和切向分量的变化过程。结果表明:大扰动工况下,滑动轴承的动特性分析有必要计入油膜非线性的影响;进油口和油槽的存在会明显降低径向油膜力,导致油膜支撑刚度降低;瞬态油膜力切向分量的减小导致了滑动轴承阻尼的降低,进而引起油膜失稳。     

动载荷作用下的轴颈涡动与滑动轴承瞬态油膜力耦合机制研究

滑动轴承瞬态油膜力既是转子-轴承系统阻尼的主要来源,也是导致机组稳定性下降的重要原因。针对大扰动下的动网格更新问题,采用一种适用于固定瓦轴承的新型结构化动网格技术,建立了动载荷作用下滑动轴承非线性瞬态油膜力的CFD模型,该模型中采用"全空化模型"描述润滑介质的空化。针对圆柱形轴承和多油楔滑动轴承分析了轴颈涡动与瞬态油膜力之间的相互作用机制。结果表明:非线性油膜力支撑下,计算得到静平衡位置结果与试验结果的偏差小于2.5%,说明了该模型可以较为准确的描述转子-滑动轴承系统;非线性油膜力支撑下,动载荷对于转子稳定性有明显影响,当动载荷较小时,在轴颈涡动过程中油槽会严重削弱径向、切向油膜力;随着动载荷的增加,油槽的作用减小,径向、切向油膜力逐渐增加,进而抑制半速涡动;对于多油楔滑动轴承,油槽的影响相对较小,故而油膜力可以提供足够的刚度和阻尼,以保持较高的稳定性。     

高速螺旋油楔滑动轴承空穴机理的实验研究

采用透明轴承和高速相机对高速螺旋油楔滑动轴承的空穴特性进行了实验研究。研究了主轴转速和供油压力对轴承油膜的空穴形状、空穴位置和空穴条数的影响,给出了油膜再形成位置的参数方程。结果表明,通过油膜破裂区域的情况能证明油膜最小间隙的位置;油膜存在着长条状的空穴,随着供油压力的提高,油膜破裂位置沿着轴的转动方向迁移,空穴面积变小,因而提高润滑油的供油压力可以改善润滑质量     

高速转子系统油膜涡动动力学特性及其影响因素

以某实际滑动轴承支撑下的转子轴承系统为对象,建立非线性油膜力作用下的转子轴承系统的动力学模型,应用非线性动力学理论对该系统进行动力学响应特性数值模拟,利用幅频特性曲线、分岔图、三维谱图等研究系统响应随偏心距、转速、润滑油粘度、半径间隙、轴承长度和轴颈半径等因素的变化对油膜涡动的影响规律。为工程实际中转子系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供参考。     

椭圆轴承—转子耦合系统动力学特性研究

为研究椭圆轴承的润滑特性及转子-轴承系统的非线性动力学特性,采用适用于椭圆轴承的变流域动网格方法实现了润滑流场的非稳态计算,通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了椭圆轴承润滑流场与转子动力学之间的弱耦合计算。从滑动轴承润滑流场内部分析了圆柱和椭圆轴承的瞬态工作过程,比较了上轴瓦的油膜压力分布及承载力的变化情况。分别就轴承结构参数、转速和不平衡量对轴承-转子系统工作特性的影响展开讨论,数值计算表明,椭圆轴承在x,y方向的支撑刚度不一样,对稳定性起主要作用为顶隙;轴颈的涡动中心不仅决定于转速,而且随动载荷的变化而变化,随着不平衡量的增加,涡动中心逐渐向坐标原点靠近,使转子-轴承系统稳定裕度降低。该方法为椭圆轴承动力特性及转子-轴承系统稳定性的研究提供了理论支持。     

转速数对滑动轴承动力学系数影响研究

本文建立了滑动轴承的基于短轴承非线性油膜力模型,通过转速对轴承动力学特性的影响研究,得到了偏心率、最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗、温升、临界轴颈质量、刚度系数、阻尼系数、二维和三维油膜压力的影响因素研究;在对三维油膜压力分析时发现存转速存在在一个临界值,当转速低于这个临界值时,转速对最大油膜压力影响较大,当转速高于这个临界值时,转速对最大油膜压力影响不大。     

考虑密封结构的球轴承涡轮增压器转子动力学特性研究

【摘要】：针对某型号车用球轴承涡轮增压器,利用密封力与油膜力动力学相似原理,将增压器转子系统中的密封结构视为一种油膜轴承,应用短轴承理论计算得到其刚度和阻尼矩阵并代入模型进行仿真计算,并与临界转速实验结果和未添加密封结构模型的计算结果进行对比,得到了密封结构对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。结果表明：研究分析球轴承涡轮增压器转子动力学特性必须考虑密封结构,且可以应用短轴承理论分析密封结构动力学特性。     

固定瓦-可倾瓦组合径向轴承—柔性转子系统非线性运动分析

摘要：本文针对流体润滑中具有Reynolds边界条件的非定常Reynolds方程,运用Castelli法求解Reynolds方程,生成了单块轴瓦坐标系下的非线性油膜力数据库。根据固定瓦-可倾瓦组合滑动轴承的结构特点,对单瓦库进行检索、插值和拼装,获得了固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的非线性油膜力。针对柔性转子-组合滑动轴承系统,运用自适应步长Runge-Kutta法和Poincaré映射计算了不同支点比下的轴颈的非线性运动轨迹。数值结果表明,转子系统表现出周期解,倍周期解和准周期解等非线性现象,支点比为0.6时的系统性能略优于支点比为0.5时的系统性能。     

基于格点型有限体积法的滑动轴承油膜压力特性分析

为将非结构化网格技术应用于滑动轴承的油膜压力分析,提出将格点型有限体积法应用于雷诺方程的求解,采用形函数导数的方法计算压力梯度,采用多重网格法求解方程组,进而得到轴承的液膜压力分布。通过与相关算例的对比和分析,验证了格点型有限体积法的适用性、精度及对非结构化网格的适应性,并对不同网格类型下的计算时间进行了对比,随后将该算法应用于内燃机主轴承油膜压力的求解,结果表明,增大偏心率会导致油膜压力会逐渐增大,而增大倾斜角会对油膜压力分布产生较明显影响。     

考虑发动机基础激励的涡轮增压器转子动力学研究

考虑发动机的基础激励和非线性油膜力,建立了涡轮增压器转子-轴承系统的动力学模型,研究了涡轮增压器转子在偏心质量作用下的非线性动力学行为.用数值计算方法对系统的动态响应进行了仿真计算,研究了转子随转速变化的分叉规律以及基础激励对转子非线性动力学行为的影响.结果表明,基础激励会通过非线性油膜力显著地影响转子的动力学行为,且基础激励会降低转子开始发生油膜涡动的转速,但基础激励对转子动力学的影响主要体现在转子转速较低的阶段.     

汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、传动误差和时变啮合刚度等非线性因素,并同时考虑滑动轴承非线性油膜力和齿轮啮合力的耦合影响,建立了汇流传动齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。从转速方面出发,研究了齿轮系统的非线性动态响应,分析了齿轮啮合力和非线性油膜力之间的耦合作用,判断了转速变化下的油膜稳定性。结果表明：随着转速变化,系统表现出周期一运动、周期二运动、拟周期运动,混沌等丰富的动力学特性,并发现了拟周期分岔通向混沌的道路;随着转速升高,非线性啮合力和非线性油膜力先后对系统振动起到主要作用;油膜振动通过半频涡动失去了稳定性。     

有限长轴承非稳态油膜力建模在线性油膜失稳

根据文献[1]提出的非稳态非线性油膜力基本表达式导出了有限长轴承非稳态油膜力近似公式,应用该公式,采用数值模拟,对有限长油膜轴承支撑的刚性Jeffcott转子进行了不平衡力下油膜振荡的非线性分析,得出与文献[13]的结论相类似的分岔和混沌特性。     

通过附加轴承静载荷在线消除油膜振荡故障

提出了一种在线非接触式施加轴承静载荷的方法，以达到增加系统稳定性、在线消除油膜振荡故障的目的。首先运用达朗伯原理结合里茨法建立了非线性非稳态油膜力作用下的多自由度转子-轴承系统的运动方程，并运用变步长的Newmark数值积分方法对非线性系统的稳定性以及附加静载荷对油膜振荡的影响等问题进行了研究。计算结果表明：增加静载荷可以在线改变系统的涡动中心，增加系统的稳定性，从而在线消除油膜振荡，使原来失稳的转子系统又回到稳定的周期运动状态。然后针对这一结论，在一台较大型的高速转子试验台进行试验，通过设计和安装的一个电磁执行器来施加静载荷，并进行了多次实验研究，实验结果和理论结果基本一致。     

Jeffcot转子-滑动轴承系统不平衡响应的非线性仿真

本文用动力仿真法考察了 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子椭圆轴承系统的不平衡响应。计入了轴承油膜力的非线性。仿真计算前,先以非定常雷诺方程和雷诺破膜条件为依据,生成了轴瓦非定常油膜力数据库。用龙格库塔法对运动方程作步进积分,同时反复对轴瓦力数据库进行插值以获得轴承力的瞬时值。考察了支撑于一对椭圆轴承上的 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子的不平衡响应。所得的动力学行为以及转子和轴颈的涡动轨迹,均与线性动力学（以轴承的线性化动特性系数为依据）所得的结果相比较。两者虽在很小的不平衡量下吻合良好,但凡当不平衡量不是很小时就有显著差别。可见有必要计入油膜力的非线性,特别是当需要计算大不平衡量下的不平衡响应时。     

椭圆轴承与圆轴承动力特性CFD数值分析

滑动轴承动力特性对旋转机械转子稳定性有着重要影响。将CFD动网格技术应用于椭圆轴承与圆轴承动力特性求解。在验证滑动轴承CFD动力特性求解模型准确性的基础上,建立基于CFD动网格技术的椭圆轴承动力特性求解模型,分析椭圆度、偏心率以及转速等因素对滑动轴承动力特性影响,比较分析椭圆轴承与圆轴承动力特性之间的差异。研究表明,椭圆轴承与圆轴承的承载力与刚度阻尼系数随着偏心率、转速的增加而增大;与圆轴承相比,椭圆轴承两个油楔形成两个流体动压区有效的增大轴承的阻尼,滑动轴承增加椭圆度可提高转子稳定性。     

紊流滑动轴承油膜承载力的近似解

随着旋转机械向高转速、大功率方向发展,作为支承的滑动轴承越来越多地工作在紊流工况。为了能够快速准确地分析其润滑性能,给出了基于Sommerfeld和Ocvirk数的一种有限长紊流滑动轴承非线性油膜承载力的近似解析表达式。通过采用多参数摄动原理对有限长紊流滑动轴承润滑的Reynolds方程进行了求解,计算得到了滑动轴承的油膜承载力,并与有限元法计算的结果进行了比较,验证了基于多参数摄动原理求解紊流滑动轴承承载力近似解析方法的正确有效性。在此基础上,分析了偏心率、宽径比对滑动轴承的轴承承载力以及压力分布的影响。计算结果表明该近似解析方法适用于求解各种宽径比轴承的油膜承载力,尤其在较大的偏心率和载荷范围内适用。     

推力轴承油膜刚度对轴系－艇体结构 耦合振动的影响研究

在轴系－艇体结构耦合系统中,推力轴承是轴系与艇体结构振动耦合的关键部件之一,其阻抗特性直接决定了纵向脉动力到艇体结构的传递特性,对系统的耦合振动有着至关重要的影响。对推力轴承的动力学特性进行研究,得到在螺旋桨不同转速下的推力轴承油膜刚度,并将其应用于轴系－艇体结构耦合系统的动力学模型中,进而对不同转速下的轴系－艇体结构耦合振动进行分析。结果表明,推力轴承油膜刚度在中低转速条件下是纵向脉动力向艇体结构传递的重要影响因素,因而对螺旋桨纵向脉动力诱导的艇体结构振动与声辐射的预报和控制必须对其加以考虑。     

Journal bearings design for a novel revolving vane compressor

This paper presents the theoretical details of the journal bearing design for Revolving Vane (RV) rotary type compressor. The mathematical models, force analysis, and the theoretical design analysis for the dynamically loaded journal bearing of the compressor are presented. The variations of the minimum oil film thickness and the maximum film pressure developed are shown and the influences of design parameters, compressor configurations, and operating conditions on the journal bearing performance are described. For an air-conditioning compressor of 1.5 kW cooling capacity, the lowest minimum oil film thickness for lower and upper journal bearings is 6.6 μm and 4.3 μm respectively, when the cylinder is simply supported and the rotor is cantilever-supported. The lowest minimum oil film thickness for the journal bearing, which supports the cylinder, reduces to 4.0 μm if the cantilever-type support is used. Besides that, a short-fat configuration of RV compressor is favorable in the interest of lowering bearing forces.