滑动轴承非线性动态油膜力的解析模型研究

分析了几种典型径向滑动轴承非线性动态油膜力解析模型之间的区别、联系及其相应的适用条件,提出了一种新的径向滑动轴承非线性动态油膜力解析模型。应用新模型和Capone模型,对200MW汽轮机低压轴承转子系统起停过程进行数值模拟分析。结果表明,提出的解析计算模型与其它模型相比,具有结构简单,物理概念清晰,实用性强的特点。该模型覆盖了其它几种解析模型给出的结果,因此具有更宽的适用范围。     

推力滑动轴承表面织构的优化设计

在推力滑动轴承表面设计轴对称分布的扇形直槽织构,以提高轴承的流体动压润滑性能。为对扇形直槽的参数(直槽的数目、深度和面积比)进行优化设计,将轴承的内外径、转速、润滑油黏度、轴承间隙以及直槽参数作为变量,求解不同变量值下的Reynolds方程,得到油膜承载力,运用最小二乘法对承载力的离散数据进行拟合,得到承载力的拟合函数,并推导出摩擦因数的表达式。针对"轴承间隙已知,要求承载力最大或者摩擦因数最小,以及承载力已知,要求轴承间隙最大或者摩擦因数最小"这四种约束条件及优化目标,利用承载力和摩擦因数的拟合公式,得到对应的直槽参数的最优值。通过数值试验,将拟合公式计算的承载力、轴承间隙和摩擦因数与直接求解Reynolds方程得到的结果进行对比,验证了直槽参数优化结果的正确性。设计加工三种具有不同直槽数目和深度的扇形直槽织构并进行摩擦试验,通过对比摩擦因数的计算值和试验值后发现,承载力和摩擦因数的拟合公式在趋势上是正确的,直槽参数的优化结果是可信的。     

织构分布对动压滑动轴承油膜压力的影响

以动压滑动轴承为研究对象,根据流体动压润滑原理,建立圆形微凹坑织构化动压滑动轴承油膜数学模型,推导织构化滑动轴承油膜厚度修正公式;结合Reynolds方程有限差分法的求解方法,分析全织构和织构化参数(间距、深度)对动压滑动轴承圆周方向压力分布的影响。结果表明:分布在轴承上的全织构会引起油膜压力的变化;织构位于不同的位置时对圆形微凹坑织构滑动轴承的油膜压力的影响是不同的,对于不同间距和深度的织构,当织构位于升压区时,动压滑动轴承具有较好的润滑、承载性能,而织构位于降压区和全织构时不利于轴承承载。     

表面织构动压滑动轴承界面滑移研究

利用力学平衡方程与流体力学方程并结合楔形模型,建立无界面滑移、单边界面滑移以及双边界面滑移状态下的力学模型,采用有限元方法对表面织构分布位置及不同界面滑移对滑移速度与摩擦力的作用规律进行研究。研究表明:油膜发生界面滑移时,在升压区和降压区油膜滑移速度分别表现为非线性的凹形和凸形变化规律;油膜在上表面和下表面发生滑移时,最大剪切力分别发生在油膜上表面和下表面;而上、下表面均发生界面滑移时,油膜最大剪切应力发生在上、下表面,且二者最大剪切应力数值相同,此时摩擦力显著减小且仅为无滑移时的4%～17%;相比表面织构布置在入口与中部位置的模型,表面织构在出口处的模型呈现出优异的承载和减摩效果。表面织构轴承界面滑移产生的机制主要是润滑油具有牛顿流体的黏滞特性。     

液压缸活塞表面微织构动压润滑性能分析

以织构化间隙密封液压缸为研究背景,利用平均雷诺方程对缸筒与活塞的配合处微织构流场进行数学建模,采用有限差分法对平均雷诺方程进行离散,分别对织构形貌为球缺面、圆柱面、圆锥面、抛物面、六面体和正方体进行数值模拟,获得最优微织构形貌,同时探讨了表面粗糙度,表面方向参数和面积占有率对表面摩擦因数的影响。结果表明:六种不同形貌的微织构均能在活塞表面产生动压润滑效果,圆柱形微织构表面动压润滑性能最好;粗糙表面的粗糙峰在运动过程中能够形成动压承载力,圆柱形表面的摩擦因数随粗糙度的增加而增加,微织构的摩擦因数随表面方向参数的增加而减小,随着面积占有率的增加而减小。     

表面纹理对径向滑动轴承油膜承载能力的影响

为研究表面纹理对径向滑动轴承油膜承载能力的影响机制,利用不重叠区域分解法建立针对径向滑动轴承表面纹理润滑计算的有效方法,通过数值计算得到不同纹理分布模式和纹理几何参数条件下的轴承润滑油膜承载力。计算结果表明:合理的表面纹理分布模式和纹理几何尺寸对提高轴承油膜承载能力有一定作用。     

动压滑动轴承油膜不同流态时的油膜力场研究

为了研究高转速滑动轴承的油膜压力场,利用计算流体动力学软件FLUENT建立动压滑动轴承的油膜流场模型,计算油膜处于层流和湍流状态时的油膜压力分布,比较相同转速条件下轴颈随油膜涡动时的轴承承载能力变化.结果表明:在相同参数条件下,油膜处于湍流状态下的承载能力大于层流状态,模拟结果与前人理论研究一致,证明FLUENT对动压滑动轴承油膜压力分布模拟有效;轴颈随油膜涡动时,轴承承载能力降低,轴承端部泄油量减小,转轴涡动是影响轴承稳定性的主要原因.     

滑动轴承表面织构润滑理论模型

介绍了作用在轴和轴承上的常见表面织构形状和分布方式,总结了带有织构的滑动轴承理论模型,分析了表面织构参数对滑动轴承性能的影响和考虑空穴、惯性力、热效应、混合润滑等不同条件下的润滑机理,并对滑动轴承表面织构模型研究方向进行了展望。     

线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能

为研究线接触摩擦副织构化表面动压润滑性能,建立其理论模型,并运用多重网格法进行数值分析,探讨工况参数(载荷、转速)和微织构参数(面积占有率、深径比)对表面油膜压力的影响;在MMW-1A摩擦磨损试验机上研究微织构面积占有率与摩擦因数的关系。结果表明,线接触条件下微织构化表面的油膜平均压力随着载荷和转速的增大而增大,随着微织构面积占有率的增大而先增大后减小,随着深径比的增大而减小;而摩擦因数随着微织构面积占有率的增大而先减小后增大再减小;存在最优的微织构面积占有率,使得油膜平均压力最大和摩擦因数最小。试验结果较好地验证了数值模拟结果,表明线接触摩擦副织构化表面具有较好的减摩特性。     

石油化工滑动轴承油膜振荡的故障诊断综述

介绍了石油化工行业中滑动轴承油膜振动的产生原因;经对Reynolds方程求解,比较了三种动态油膜力解析模型,得到反映油膜运动规律的函数关系式及油膜力分布;再从油膜振荡特征着手对油膜振荡作了比较系统论述,并在前人的基础上总结了油膜振动的预防和处理措施。     

考虑进油孔有限长滑动轴承油膜力的近似解析解

针对具有进油孔的有限长滑动轴承油膜力求解问题,采用变分原理和分离变量法,求得了有限长滑动轴承油膜压力分布的近似解析表达式。将油膜压力分布的近似解析表达式在油膜存在区域上进行积分,即得到了油膜力。将提出的计算有限长滑动轴承油膜力方法与无限长轴承模型、有限元方法的计算结果进行了比较,发现了提出的方法与有限元方法的计算结果很接近。最后,研究了进油孔位置和进油压力对油膜存在区域、油膜力等的影响,研究结果表明进油孔位置和进油压力对油膜存在区域和油膜力有较大的影响。     

液压缸活塞表面菱形织构的动压润滑性能

基于间隙密封液压缸活塞表面菱形凹坑形貌,建立单个三维菱形织构的动压润滑模型及流体力学控制方程;应用流体力学软件FLUENT,采用超松弛迭代法对该织构的表面的动压润滑性能进行数值模拟分析。求解活塞在运动时的菱形凹坑表面对油膜压力和承载力的影响。结果表明:在液压缸活塞表面加工菱形织构,能够对油膜产生附加承载力,改善活塞表面润滑性能;在菱形织构无量纲深度e保持一定时,存在最优面积比为20%。在同一面积比情况下,无量纲深度e在0.012~0.018之间最优,且存在最优角度在(60~75)°之间。     

滑动轴承轴心静平衡位置求解方法研究

研究滑动轴承Reynolds方程的一维有限元算法及其角向压力分布的离散方法,研究求解外载荷下的轴心静平衡位置的Newton迭代法,针对Newton迭代法在求解轴心静平衡位置时会因初值选取不当而容易发散的问题,提出一种求解任意外载荷下轴心静平衡位置的载荷逼近法。基于该算法,分析某型滑动轴承的油膜力以及油膜刚度、阻尼特性系数,研究外载荷变化时轴心静平衡位置的变化趋势。计算结果表明,所提出的载荷逼近算法,能够有效地从任意初始位置迭代求解得到在任意外载荷下轴心的静平衡位置,较好地解决Newton迭代法求轴心静平衡位置时迭代初值的选取问题。     

圆形微织构表面协同作用机理研究

为了研究多个织构之间的协同作用机理,首先用UMT-3摩擦试验机得到相应的实验结果,来确定织构表面的油膜厚度,再通过雷诺方程对九孔织构模型进行仿真,并且与单孔织构模型进行对比,证明协同效应的存在。协同作用会降低中心织构的压力峰值,同时减小其空化程度,当这两种影响达到平衡时得到圆形织构的最佳深径比,接触副表面摩擦性能最佳。经研究发现,当微织构尺寸增大,油液运动速度加快时,协同作用增强,此时单孔织构模型精度明显下降。因此,合理化织构设计需要考虑协同效应的影响。     

织构化滑动轴承混合润滑与磨损耦合数值模型

基于统计学模型建立织构化轴承混合润滑与磨损的计算模型,通过生成轴瓦虚拟粗糙表面,分别利用平均流量雷诺方程、K-E弹塑性接触模型、Boussinesq积分、Archard型磨损方程求解油膜压力、粗糙峰接触压力、轴瓦的弹性变形和轴瓦表面磨损量。通过有限差分法和牛顿下山法对模型进行数值模拟,得到不同偏心率下的油膜压力、油膜厚度、轴瓦弹性变形、轴瓦表面粗糙峰接触压力及磨损量,并与其他混合润滑模型进行对比,验证了该模型的有效性。以圆形凹坑织构为例,研究在多种工况下,润滑状态转化以及织构对磨损过程的影响。研究表明:织构可以形成二次润滑,有利于流体润滑;随偏心率增大,进入混合润滑状态后,承载能力、粗糙峰接触载荷迅速增加,摩擦因数出现拐点;在混合润滑状态下,磨损过程前期表面织构会造成轴承承载性能降低和增大磨损,随着滑动轴承进一步磨损,表面织构可以起到减磨作用。     

正弦波粗糙度对织构表面动压润滑的影响

为研究动压润滑状态下粗糙度对织构的影响,建立正弦波粗糙度对织构化表面影响的动压润滑理论模型,并采用有限差分法对模型进行求解,分析正弦波粗糙度幅值、波长和分布方式对织构滑移表面油膜压力分布、承载力和摩擦因数的影响。数值计算结果表明:垂直分布粗糙度对表面综合性能的提高优于平行分布粗糙度,有利于提高表面的承载能力及降低摩擦因数;粗糙度波长及幅值对动压性能的影响则与织构深度和粗糙度的分布方式有很大关系。     

流体动压滑动轴承油膜刚度阻尼系数的研究

本文介绍了利用多频信号技术测定油膜刚度阻尼系数,并在同一试验台上采用机电耦合产生系统失稳,以评价测试结果准确度的新方法。用此方法获得了较满意的结果。     

活塞环表面织构对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

为了改善缸套-活塞环的摩擦性能,通过激光刻蚀技术在活塞环工作面加工出不同形状的表面织构。在同一转速、不同载荷下通过微机控制的往复式摩擦磨损试验机研究不同表面织构活塞环对缸套-活塞环摩擦学性能的影响。试验结果表明:在载荷为400 N工况下,活塞环的椭圆、圆形、方形织构摩擦系数分别可以降低1.1%、18.3%、14.1%;载荷600 N工况下,3种织构分别可以降低35.3%、35.3%、19.1%;综合分析摩擦系数、表面形貌、接触电阻,圆形凹坑织构的活塞环在降低摩擦系数、提高油膜润滑状态等方面效果最优。     

表面织构对滑动轴承润滑性能的影响

以给定载荷和转速的滑动轴承为对象,基于统一Reynolds方程法建立润滑分析模型,研究几种分布形式的表面织构对润滑性能的影响。数值计算结果显示:织构分布对轴承偏心率和最小厚度影响显著,合理的部分分布织构明显改善轴承的润滑性能;存在最佳织构深度使得不同分布的织构润滑效果最优;矩形凹槽、矩形凹坑、圆形凹坑的织构分布中,矩形凹槽润滑效果最好;沿圆周方向单列矩形凹槽的润滑效果优于多列矩形凹坑;表面织构在高速、轻载时改善润滑的效果明显。