轴向推力轴承性能仿真及试验研究

推力轴承是离心压缩机的关键部件,其性能对压缩机的可靠性有决定性的影响。本文首先利用THRUST软件建立了可倾瓦止推轴承的三维模型,并考虑轴承瓦块、推力盘和油膜之间的流场-温度场-弹性变形的耦合,获得转子转速1500 r/min,2000r/min,2500 r/min,3000r/min 和3500r/min下可倾瓦推力轴承的油膜厚度、转子轴向位移及轴瓦温度。同时,建立试验装置并进行试验研究,最大轴承载荷为30000N。最后将试验结果与软件仿真结果相对比,发现模拟得出的瓦块温度和轴位移值与试验相吻合,从而证明THRUST软件的算法适用于本文研究的工况范围内的推力轴承的模拟,可为推力轴承的性能预测、优化设计及改造提供指导。     

瓦块倾角对高速涡轮增压器斜-平面止推轴承油膜温度的影响*

针对高速涡轮增压器运行过程中存在止推轴承烧瓦现象,从最高油膜温度与承载中心区温度两方面分析烧瓦产生原因,讨论了瓦块倾角对油膜温度的影响。以某型车用涡轮增压器止推轴承为例,通过建立不同瓦块倾角参数的斜-平面止推轴承动力学有限元模型,研究瓦块倾角对最高油膜温度、承载区中心温度的影响。结果表明:在研究的转子转速范围内,随着瓦块倾角的增加,瓦块的最高油膜温度和承载中心温度都呈先减小后增大的趋势;存在最佳瓦块倾角,使得轴承在工作转速范围内最高油膜温度和承载中心温度均达到最小值,从而有助于减少轴承烧瓦的可能性。     

GMA止推油膜轴承瓦块均载调整试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的止推油膜轴承的结构和工作原理,搭建了GMA止推油膜轴承试验台,进行了止推油膜轴承的跑合试验、单瓦载荷调节试验以及手动和自动均载调节试验。该轴承以瓦块的温度作为反馈信号,改变GMA的伸长量可控制止推瓦块的油膜间隙,使同一止推轴承的不同瓦块承受载荷尽量均匀,能够防止止推轴承偏载现象发生,避免止推油膜轴承由于偏载引起的局部高温。试验结果表明,利用GMA调节止推轴承的油膜间隙、实现止推瓦块的均载方案是可行的。     

微位移驱动器在止推油膜轴承中的应用

针对止推油膜轴承的偏载问题,研究了微位移驱动器在止推油膜轴承中的应用。通过理论计算得到油膜厚度、压力和温度分布,分析了止推轴承油膜厚度的变化对载荷与温度的影响。设计了一种超磁致伸缩微位移驱动器微位移驱动器,并建立了杠杆试验机测试其静态位移输出特性,证实超磁致伸缩微位移驱动器具有与润滑膜厚同一数量级的位移输出,可应用于止推轴承油膜间隙的主动调节,均衡瓦块间载荷并降低温升。利用超磁致伸缩微位移驱动器微位移驱动器设计了一种新型结构的可自动调节间隙的止推油膜轴承,并建立了用于测试该新型轴承的止推轴承实验台。     

楔形入口高度对气体止推箔片轴承性能仿真和试验研究

简要介绍了气体止推箔片轴承的结构,建立了止推轴承数值求解的理论模型,利用有限元法和有限差分法耦合的方式求解气体雷诺方程和气膜厚度方程.通过仿真分析获得了止推轴承承载力随着楔形入口高度的变化关系,发现存在一个最佳的楔形入口高度使轴承的承载力达到最大;在最佳楔形入口高度之前,轴承承载力随着楔形入口高度的增大而急剧增大;在最佳楔形入口高度之后,轴承承载力随着楔形入口高度的增加而缓慢减小.搭建了止推轴承性能测试试验台,对试验台各部分及试验原理进行简单介绍.同时,加工制作了3个具有不同楔形入口高度(20 μm,70 μm、114 μm)的止推轴承,并在15000 r/min、21000 r/min、25000 r/min、28000 r/min转速下进行了极限承载力试验,与仿真分析进行对比.结果 表明:楔形入口高度为20 μm的止推轴承所表现出来的轴承性能最好,楔形入口高度为70 μm和114μm的止推轴承性能相差不大.在设计、制造止推轴承时,选取适当的轴承楔形入口高度是十分重要的.     

高速齿轮传动可倾瓦轴承预负荷系数影响研究

可倾瓦轴承因其稳定可靠的特点被广泛应用于现代工业,相关研究也蓬勃发展起来,但目前关于可倾瓦轴承预负荷系数的研究主要集中在低转速领域。以DyRoBeS软件为研究工具,取普遍使用的5块瓦可倾瓦轴承作为研究对象,分析在20 000 r/min、40 000 r/min、60 000 r/min的高转速工况下,预负荷系数对可倾瓦轴承工作性能的影响,为高速齿轮传动中可倾瓦的设计应用提供理论依据。预负荷系数从0.1增加至0.7的过程中,对功率损失影响不大,使最大油膜压力与刚度系数增加,最小油膜厚度与阻尼系数减小。预负荷系数的混合设置会影响各瓦块压力分布,同时使最小油膜厚度以外的轴承性能参数明显增加。所得结论对高转速可倾瓦轴承的优化设计起到积极的作用。     

载荷、温度和转速对轴承油膜厚度及寿命的影响

由于缺乏有效的试验设备及试验方法,行业内缺少针对大功率风电机组主轴轴承的测试研究,为此,研究了轴承载荷、运行温度和运行转速对轴承油膜厚度、寿命的影响。首先,利用Romax软件建立了轴承三维测试台仿真模型,并根据GL2012规范计算了主轴承175 000 h寿命,接触应力不大于1 650 MPa载荷;然后,根据计算的载荷及轴承的额定转速,研究了轴承载荷、温度及转速对轴承的接触应力、滚子油膜厚度和寿命的影响;最后,以轴承油膜厚度及轴承滚子的接触应力为目标,确定了合理的轴承测试载荷。研究结果表明：为了避免轴承滚子出现应力集中现象,轴承测试载荷须小于8 822 kN;为实现轴承测试过程中处于弹流润滑状态,轴承测试温度须小于65℃;轴承转速由10.5 r/min增加至30.6 r/min时,轴承最小油膜厚度提升188%;根据轴承175 000 h疲劳寿命测试要求,轴承测试转速为12 r/min,载荷为8 500 kN工况下,轴承等效测试为2 984 h;以上仿真分析结果可为实际轴承测试提供理论支持。     

考虑惯性力的高速螺旋槽止推轴承承载性能研究

通常在气体轴承相关计算中简化了雷诺方程,忽略了惯性力的影响。而当轴承转速非常大时,气体的惯性力影响增大,忽略惯性力会带来较大误差。建立考虑惯性力的高速螺旋槽气体止推轴承理论计算模型,采用有限元法求解雷诺方程,得到考虑惯性力时的气膜压力分布和轴承承载力,并分析转速变化时轴承承载力的变化。结果表明,高转速时气体的惯性力会显著降低轴承承载力。分析50 000 r/min高转速下各参数变化对承载力的影响。结果表明:螺旋槽深度及槽长比变化时,承载力均会出现极大值,且在出现极大值时惯性力的影响最大;随着气膜厚度增大,承载力逐渐下降,且惯性力的影响逐渐增大;随着螺旋槽数量增加,承载力逐渐增大,而惯性力的影响较稳定。分析转子轴线倾斜对承载力的影响,结果表明在相同转速及相同轴承参数下转子轴线倾斜时承载力略微增大。     

涡旋式制冷压缩机止推轴承润滑性能研究的最新进展

在涡旋式制冷压缩机运行过程中,止推轴承动止推盘两端的压力差对轴承的润滑性能有显著的影响;止推轴承本身的结构特点,如键槽的存在,也会影响止推间隙的压力分布以及倾斜角,从而影响止推轴承的润滑性能.对止推轴承动止推盘两端的压力差、止推轴承本身结构等影响因素从理论或试验等方面进行探讨,并对将来涡旋式制冷压缩机止推轴承润滑性能的研究进行展望.     

稀薄气体效应对止推箔片轴承的性能影响

为研究稀薄气体效应对微小间隙下气体止推箔片轴承承载力的影响,分别采用连续模型、一阶滑移模型和WU新滑移模型速度边界条件,建立考虑稀薄气体效应的修正雷诺方程,运用有限差分法求解修正雷诺方程,得到3种模型不同箔片变形柔度系数、不同转速、不同轴承间隙下的微型止推箔片轴承的压力分布和轴向承载力。结果表明:止推箔片轴承的箔片变形柔度系数越小,转速越高,轴向承载力越大;在轴承最小间隙低于0.5μm、转速低于20 000 r/min条件下,稀薄气体效应会使止推箔片轴承承载力降低,且一阶滑移及WU新滑移模型的气压和承载力远低于连续模型,模型间的结果偏差随轴承间隙、转速和箔片变形柔度系数的减小而逐渐增大。