离心泵用推力滑动轴承的静态特性优化仿真

建立了离心泵用推力滑动轴承的物理模型，编写数值计算程序并对不同结构参数的轴承进行数值仿真分析。通过仿真结果发现，内径为14mm、外径为28mm的轴承最佳扇形瓦块数为6、最佳楔形进口高度为28μm、最佳楔形区域占比为0.4。通过对不同润滑膜厚度的轴承进行数值仿真，发现轴承承载力和摩擦力矩均随着润滑膜厚度的增加而不断减小。在推力滑动轴承设计过程中，需对轴承的结构及润滑膜厚度进行优化设计以达到最佳的性能，以防止出现因承载力不足导致轴承失效的状况，此次仿真结果为轴承设计提供了参考。     

表面织构水润滑聚合物轴承承载性能有限元分析

应用ADINA有限元方法,对无织构和有织构水润滑聚合物轴承的承载性能进行流固耦合有限元仿真分析,探讨不同内衬材料轴承在不同转速下的水膜压力分布及承载力变化状况,以及材料弹性模量、转速、水膜压力对凹坑表面织构变形的影响规律。仿真结果表明:内衬材料弹性模量对凹坑变形及水膜压力有重要影响,在相同条件下,弹性模量越大,水膜压力及承载力也越大,因此内衬材料应选弹性模量较大的聚合物材料;在相同条件下,有织构轴承的水膜压力和承载力均高于无织构轴承;轴承发散区的织构布置初始角对轴承承载力分布状况有一定影响,随初始角的增大轴承承载力呈现先升高后降低的变化趋势。     

磁流体润滑滑动轴承润滑膜承载特性分析北大核心

磁流体润滑膜承载特性直接影响磁流体轴承的承载性能,运用数值法和解析法计算了滑动轴承的磁流体润滑膜应力分布,得到稳定状态时的偏位角,并在此基础上进一步分析了轴承相关结构参数对磁流体润滑膜承载特性的影响规律,对磁流体轴承设计具有重要意义。     

磁流体润滑滑动轴承润滑膜承载特性分析

磁流体润滑膜承载特性直接影响磁流体轴承的承载性能,运用数值法和解析法计算了滑动轴承的磁流体润滑膜应力分布,得到稳定状态时的偏位角,并在此基础上进一步分析了轴承相关结构参数对磁流体润滑膜承载特性的影响规律,对磁流体轴承设计具有重要意义。     

永磁体形性特征对磁水复合支撑式艉轴承润滑特性的影响

螺旋桨重力会导致船舶推进轴系发生挠曲,造成艉轴承边缘润滑状态恶劣。采用一种磁水复合支撑形式的艉轴承,通过引入永磁体磁力作用,改善桨重因素对艉轴承边缘润滑状态的不利影响;构建永磁体三维磁力特性分析方法,探究不同永磁体材料磁性质和布置形式对磁力承载性能的影响规律;基于艉轴承弹性流体动压润滑分析方法,获取永磁体形性特征对润滑特性的影响规律。结果表明：磁承载力受永磁体材料剩磁的影响明显,材料剩磁越大,永磁体承载力越大,轴承润滑状态相对越好;沿周向增加磁块数目或增加永磁块轴向长度可以增大永磁体的承载力,但永磁体承载效率可能下降,设计时需综合考虑;磁体的布置形式也对磁力承载性能和润滑性能影响显著,在永磁体体积相同的情况下,更为合理的布置形式可使永磁体承载力与艉轴承最小水膜厚度明显增大。     

固体润滑滚子轴承的接触表面应力分析研究

为获得固体润滑滚动轴承滚动体与滚道处的接触应力,通过固体润滑滚子轴承拟动力学分析并考虑涂层的影响,获得了滚子轴承稳定运行过程中滚动体的力载分布。通过建立带涂层接触的平面应变问题的力学模型,将涂层与基底两种材料的特性等效为一种材料来求解滚子与接滚道触应力分布情况,并与轴承的拟动力学分析相结合,获得了滚子轴承中滚动体与固体润滑膜接触表面的接触变形、接触半径与外加载荷之间的关系,讨论了不同涂层的弹性模量以及不同涂层厚度对接触界面应力分布的影响。当涂层弹性模量比基底大时,涂层的存在使得接触半宽减少,最大名义接触应力增加;涂层弹性模量比基底小时,则与之相反。当涂层的厚度<0.01mm时,涂层的存在对固体润滑滚子轴承的接触表面应力分布影响较小;在一定范围内,当涂层的厚度逐渐增大时,涂层对轴承接触表面应力分布的影响增大。     

均压槽气体静压轴承数值计算与静态性能分析

针对气体静压导轨承载力和刚度较低的问题,在导轨的工作面上设计横截面为矩形的直线形均压槽,分别研究均压槽的尺寸、节流孔的尺寸和个数以及供气压力对轴承静态性能的影响;建立轴承气膜的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,通过仿真计算得到轴承的质量流量,利用差膜计算方法得到轴承的承载力和刚度,分析不同结构参数下轴承承载力、刚度和质量流量的变化规律。分析结果表明:增加均压槽可以有效提高气体静压轴承的承载力和刚度,但轴承的耗气量也会增加;随着轴承偏心率的增大,轴承的承载力逐渐增大,轴承的刚度则先增大后减小,轴承的耗气量逐渐减小;均压槽的深度、节流孔的直径和个数以及供气压力对轴承承载性能的影响较大,而均压槽宽度和节流孔高度的影响则较小。     

可倾瓦推力轴承润滑膜厚度的超声检测技术研究*

核主泵、水轮机等设备大多为立式轴系,轴系中的推力轴承为扇形可倾瓦轴承,基于承载和抗磨损角度考虑润滑膜的厚度值成为了反映表征推力轴承工作状态的一个重要指标。为精确检测可倾瓦推力轴承的润滑膜厚度,基于超声无损检测技术给出针对润滑膜厚度的检测模型,并构建推力轴承润滑膜厚度的超声检测系统。该系统主要由推力轴承试验台和超声在线检测装置组成。在推力轴承额定转速1 800 r/min、试验时间6 min的条件下,采用超声测试获得推力瓦块进油边和出油边附近的润滑膜厚度,采用电涡流测试获得瓦块支点处的润滑膜厚度,并将超声测量数据与理论计算数据进行对比。超声测试结果计算获得的支点处润滑膜厚度值为47 μm,与电涡流传感器测得的平均值51 μm仅相差4 μm,从试验角度证明了超声测试方法的可行性;另外,在测点1处润滑膜厚度的理论计算值与超声测试值相差8 μm,在测点2处润滑膜厚度的理论计算值与超声测试值相差3 μm,从理论角度证明了超声测试方法的可行性。     

不同雷诺数下螺旋槽径向气体轴承承载特性分析

为研究螺旋槽径向气体轴承在不同雷诺数下承载力的变化规律,建立基于Ng-Pan理论修正的气体轴承润滑模型,利用有限差分法求解该模型,得到不同雷诺数下轴承的承载特性,分析轴承几何参数和槽型参数的变化对承载力的影响。结果表明：螺旋槽径向气体轴承在非层流润滑状态下承载力大于层流润滑状态下的承载力;轴承几何参数对承载特性影响显著,其中随偏心率增大承载力呈发散式增大,且非层流状态下承载力与层流状态下承载力差距加大,随长径比增大承载力呈收敛式增加;轴承槽型参数中槽宽比、槽深比对承载特性有明显影响,随槽宽比、槽深比增加轴承承载力增加,而槽数对轴承承载力的影响并不显著,螺旋角对非层流状态下轴承承载力影响较大;轴承进口压力对承载性能有明显影响,随进口压力增大,承载力在层流状态下增加,在非层流状态下波动较大。     

螺旋面瓦推力轴承承载能力分析

建立不同结构参数的螺旋面瓦推力滑动轴承润滑模型,并用FLUENT软件进行仿真计算,研究油膜厚度、瓦面螺距以及转速对轴承承载性能的影响规律,为螺旋面瓦推力轴承的设计提供理论基础。结果表明,油膜最高温度随着螺距以及油膜厚度的增加而减小;轴向承载力随着油膜厚度的增加而降低,当最小油膜厚度和转速固定时,存在最优的瓦面升高比使得轴承承载力最大,瓦面升高比为1.4;油膜最高温度与承载力均与转速呈直线型关系;螺旋面瓦的承载力远高于平面瓦。     

基于CFD的新型斜面推力滑动轴承承载性能分析

基于计算机流动力学(CFD)理论,应用FLUENT软件,建立新型推力滑动轴承油膜润滑模型并进行仿真计算,研究油膜厚度、瓦块倾斜角度及环型油槽位置等因素对新型斜面推力轴承承载性能的影响规律。分析结果表明:新型推力滑动轴承承载力随油膜厚度的减小而增大,且油膜厚度越小,承载力提高越显著;在承载油膜厚度不变时,轴承承载力及油膜压力峰值均随轴瓦倾角的增加呈现先增加后减小的变化规律;环形油槽位置外移轴承承载力增加,合理的环形油槽位置对承载力提高影响显著。     

滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响

运用分形理论对滑动轴承粗糙表面进行模拟,研究粗糙表面对其膜厚、压力以及承载力的影响。进一步模拟两向异性粗糙表面,比较轴承圆周及轴向方向上粗糙表面对轴承承载及摩擦性能的影响。结果表明:在一定载荷下,轴瓦表面分形维数越小,尺度系数越大,则轮廓幅值越大,表面轮廓越简单,越难形成润滑膜;表面轮廓幅值对润滑膜压力影响明显,幅值越大,润滑膜压力分布越不平滑,润滑性能越差;表面分形维数越小,特征粗糙度值越大,则承载力越低,摩擦力越大,且圆周方向上的分形维数以及特征粗糙度的影响要比轴线方向的影响大。     

螺旋槽狭缝节流动静压气体止推轴承静态特性

为优化动静压气体止推轴承的承载特性,设计一种具有螺旋槽和狭缝节流器结构的动静压气体止推轴承,采用Fluent对轴承静态特性进行仿真分析,通过改变主轴转速、供气压力,研究气膜厚度、螺旋槽宽度、狭缝厚度等参数对轴承静态特性的影响。结果表明:相对狭缝节流止推轴承,增加螺旋槽结构可以提升轴承的动压效应增强,从而提升轴承的承载力和刚度;相同条件下,气膜厚度越大,轴承的承载力和刚度越小;主轴转速和供气压力增加,承载力和刚度均提升明显;螺旋槽宽度增加,轴承的承载力和刚度先增大后减小;狭缝厚度增大,轴承的承载力先增大后不变,刚度先增加后减小;狭缝深度提升,轴承的承载力减小,刚度先增大后减小。     

新型水润滑轴承材料的流体润滑性能分析

采用无限短近似简化Reynolds方程,对飞龙、赛龙及聚四氟乙烯3种新型水润滑径向轴承进行流体润滑的数值分析,探讨载荷和转速对3种轴承的偏心率和偏位角的影响。结果表明:水润滑条件下,不同材料的润滑性能是不同的,其中PTFE材料润滑膜压力及中心膜厚最大,飞龙材料最小;随着转速的增大,3种材料轴承的偏心率均减小,偏位角均增大;随着载荷的增大,3种材料轴承的偏心率增大,偏位角减小;偏心率太大则润滑膜太薄,必然导致过高的轴承温度,对轴承的工作不利。     

海水润滑赛龙陶瓷轴承的摩擦学性能研究

分析海水润滑轴承的主要磨损形式,建立海水润滑赛龙陶瓷轴承的弹流润滑模型,通过数值计算发现在赛龙陶瓷/钢摩擦副间可以形成海水弹流润滑膜,轴承间水膜厚度分布有明显颈缩现象,但压力分布图中第二压力峰不明显;随着转速的增加,海水润滑膜膜厚及最小膜厚都变薄;相同条件下,赛龙陶瓷轴承用海水润滑比用纯水和油润滑时更不容易形成弹流润滑薄膜。     

基于EHL理论的脂润滑轴承沟道表面缺陷研究北大核心

根据脂润滑轴承失效表现形式,分析了滚动轴承沟道表面缺陷产生的原因,建立了球-沟道表面缺陷条件下的脂润滑弹流数学模型和油膜厚度方程,采用数值计算方法分析了不同尺寸的表面缺陷及表面光滑条件下的脂润滑弹流润滑油膜压力和油膜厚度分布规律。结果表明:轴承工作过程中,球-沟道表面会形成位置、尺寸和形状随机分布的凸起和凹坑;相比于光滑表面,缺陷表面会引起油膜压力和油膜厚度显著变化,且对于同类型表面缺陷,随着缺陷尺寸的增大,引起油膜压力和油膜厚度分布变化的规律大致相同但效果增强;表面缺陷均会对轴承润滑脂的润滑效果造成不良影响。     

基于流固耦合的波箔动压气体轴承承载性能优化

基于有限元软件Ansys Workbench,建立波箔动压气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨不同转速和波箔片结构参数（波箔的长度比、高度以及厚度）对轴承承载性能的影响规律。结果表明：轴承气膜压力大小的分布与平箔片变形量的大小成对应关系,说明提出的流固耦合方法能很好地反映波箔动压气体轴承的润滑状态;随着转速的增大,轴承动压效应不断增强,承载力增大,且平箔片的结构变形不断增大,致使气膜压力的收敛区发生波动;随着波箔的长度比和波箔片厚度的增加,轴承承载力先快速增大后趋于稳定,而波箔片高度对承载力影响不大,表明适当增加波箔的长度比和波箔片厚度可以提高承载力。     

基于EHL理论的脂润滑轴承沟道表面缺陷研究

根据脂润滑轴承失效表现形式,分析了滚动轴承沟道表面缺陷产生的原因,建立了球-沟道表面缺陷条件下的脂润滑弹流数学模型和油膜厚度方程,采用数值计算方法分析了不同尺寸的表面缺陷及表面光滑条件下的脂润滑弹流润滑油膜压力和油膜厚度分布规律。结果表明:轴承工作过程中,球-沟道表面会形成位置、尺寸和形状随机分布的凸起和凹坑;相比于光滑表面,缺陷表面会引起油膜压力和油膜厚度显著变化,且对于同类型表面缺陷,随着缺陷尺寸的增大,引起油膜压力和油膜厚度分布变化的规律大致相同但效果增强;表面缺陷均会对轴承润滑脂的润滑效果造成不良影响。     

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。     

环境因素对推力轴承润滑膜超声检测精度的影响

核主泵推力轴承摩擦副采用的润滑介质黏度较低且轴承工作于高温高压等极端工况下,采用超声技术对润滑膜分布进行精确测量时,要考虑环境因素的影响。建立核主泵推力轴承润滑膜分布的超声检测模型,并在模拟试验台上进行推力润滑状态的实测。在对测试结果的分析中考虑测量时温度和压力等环境因素的影响,分析环境因素对超声检测精度的影响程度。结果表明：在启、停阶段推力轴承处于边界润滑状态,考虑温度和压力影响时润滑膜厚值最大会增大加38.5%;在额定转速下推力轴承处于流体润滑状态,考虑温度和压力影响时润滑膜厚值最大会增大加39.8%。