八沟槽水润滑橡胶轴承多参数流固耦合分析

针对某潜艇螺旋桨附近的八沟槽水润滑橡胶轴承沟槽多、橡胶易变形及轴承润滑状态复杂等特点,基于双向流固耦合方法(考虑气穴现象),应用ANSYS软件对凹面及平面轴承进行建模与仿真分析,研究其润滑特性,并进行试验验证。结果表明:凹面轴承承载力优于平面轴承,处于混合润滑状态;平面轴承更易与轴接触,处于边界润滑状态。与刚性轴承相比,橡胶轴承水膜压力变化幅度小,水膜厚度大。     

水润滑橡胶轴承特性仿真与试验研究

为研究水润滑橡胶轴承特性,采用软件仿真与试验相结合的方法对轴承偏心率、摩擦因数、橡胶变形量、最小水膜厚度、长径比和水膜压力等参数及其与轴转速和载荷之间的关系进行深入探讨。应用Pro/E软件分别建立了轴承及其间隙的3D模型,并采用流固耦合方法及气穴模型在ANSYS和Fluent软件中对轴承动态特性进行模拟。为获得实际工况下的橡胶轴承径向截面全周连续水膜压力分布,研究轴承润滑状态,采用特殊的转轴设计,将压力传感器安装在轴端,并应用无线测试技术对水膜压力信号进行采集与传输。给出水润滑轴承试验台、转轴设计与传感器布置方案,最后应用无线测试系统对八纵向沟槽水润滑凹面橡胶轴承的水膜压力进行测试,并与仿真结果比较分析。研究结果表明,多沟槽凹面橡胶轴承不存在全周完全连续水膜,处于混合润滑状态;沟槽对水膜压力分布的影响较大;轴承某些板条上会出现水囊,形成明显的压力双峰;降低转速或者增加载荷都会增大橡胶变形量与轴承摩擦因数,引起轴与轴承接触。长径比越大,轴承越不容易与轴发生接触。     

基于ANSYS多物理场的水润滑轴承的数值分析

借助ANSYS多物理场求解器的流固耦合功能对六沟槽水润滑橡胶合金轴承进行2D数值模拟,得到了水润滑橡胶合金轴承润滑膜内的压力分布、速度分布及橡胶轴瓦的弹性变形状况,进而分析了水润滑橡胶合金轴承的润滑性能.结果表明:在载荷较大及中高速工况下,橡胶轴瓦的弹性变形会显著影响水膜膜厚分布及水润滑轴承的润滑性能.     

温度变化对新型混合槽水润滑橡胶轴承润滑特性的影响

为研究新型混合槽水润滑橡胶轴承的润滑特性,采用有限元法建立了橡胶轴承的热流固耦合模型,在考虑不同进水温度和不同转速的条件下,分析了混合槽橡胶轴承与带有T形、V形沟槽的橡胶轴承在衬层变形、水膜压力、流场速度等方面的差异。结果表明:混合槽橡胶轴承能较好地适应水温的变化,解决了T形、V形沟槽橡胶轴承存在的衬层变形大、水膜压力较低的问题,并改善了单一槽型轴承承压区压力峰值急剧变化的问题;随着进水温度的升高,衬层变形量和水膜压力均减小,承载力下降,而且较高转速下承载力的下降趋势比低转速下更为明显;随着进水水温的升高,水的黏性系数持续降低,橡胶轴承的润滑状态变差,轴承润滑状态由混合润滑和弹流润滑状态过渡到完全混合润滑状态。     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

水润滑超高压海水泵斜盘/滑靴副摩擦学特性仿真研究

超高压海水泵摩擦副在海水润滑条件工作,配合面的摩擦磨损严重。零件的表面形貌特征对配合副的摩擦与磨损有着重要影响,本文通过数值仿真计算,探索影响磨损的关键参数,较详细地研究在水润滑条件下表面形貌对斜盘/滑靴副摩擦与磨损的影响。计算结果表明:通过对表面凹坑的大小、形状与分布的控制可以减小配合面接触应力、限制磨粒运动及形成局部动压支承从而减轻配合副间摩擦与磨损。     

UHMWPE复合材料水润滑轴承润滑状态转变性能研究

水润滑轴承润滑介质的黏度较低,轴承动压润滑难以形成。研究水润滑轴承润滑状态转变特性,可为水润滑复合材料轴承的设计和优化提供依据。建立水润滑轴承流固耦合计算模型,研究轴承承载力、水膜压力、轴承变形量随工况的变化关系,提出水膜厚度测试方法,研究轴承摩擦因数、水膜厚度随转速、负载的变化规律。研究结果表明:随偏心率和转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量均逐渐增大;随转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量的增幅逐渐减小。试验发现随着负载增大,改性UHMWPE轴承从混合润滑向动压润滑转变的膜厚比逐渐减小。     

壳体轴承孔刚度对轴承及齿轮的影响

基于变速器壳体的设计开发,分析了壳体轴承孔刚度对轴承内部接触应力、齿轮副法向侧隙大小的影响。通过理论计算表明：轴承孔承载受力变形量为0.2 mm,轴承内部的接触应力为1885.3 MPa,满足小于轴承允许的最大接触应力为4000 MPa的要求,而齿轮副的法向侧隙范围为-0.06～0.3 mm,不满足要求范围（0.05～0.2 mm）。对轴承孔刚度进行优化后,轴承孔变形量降为0.03 mm;轴承内部的接触应力为1 884.76 MPa,接触应力降低了0.029%;齿轮副法向侧隙范围为0.06～0.18 mm,优化后,侧隙满足设计要求范围。     

考虑粗糙度时不同衬层材料水润滑轴承润滑特性比较*

以水润滑轴承为研究对象,考虑表面粗糙度的影响,针对丁腈橡胶（NBR）、赛龙、飞龙、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种新型非金属衬层材料建立润滑数学模型,并推导水膜厚度方程;采用有限差分法,研究考虑实际表面粗糙度时4种新型衬层材料的衬层变形、水膜厚度和水膜压力的变化规律,分析最大水膜压力和承载力随转速的变化,并与表面光滑轴承进行对比。结果表明：考虑表面粗糙度时水润滑轴承的衬层变形和水膜厚度均呈波状分布,衬层变形减小,最小水膜厚度变薄,而水膜压力有轻微的局部突变,最大水膜压力增大,承载力下降;4种材料的变形量和最小水膜厚度由大到小均依次是NBR、赛龙、飞龙、UHMWPE,水膜压力由大到小依次是UHMWPE、飞龙、赛龙、NBR。在相同工况下,NBR衬层材料比其他3种衬层材料相对容易形成润滑水膜,而UHMWPE衬层材料可以保证系统承受较大的承载力。研究结果对水润滑轴承材料选型和加工装配有一定的参考意义。     

轴承表面弹性变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

采用平均Reynolds方程,在考虑润滑油粘压效应、轴承表面粗糙度的前提下,分析了轴承表面受载变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响,并计算分析了不同表面粗糙度和表面方向参数下,考虑和不考虑轴承表面变形时的轴承润滑性能。结果表明,在分析倾斜轴颈轴承的润滑性能时,必须考虑轴承表面变形;在偏心率和轴颈倾斜角较大时,计及轴承表面变形以后,考虑轴承表面形貌参数对轴承润滑性能分析结果的影响不明显。     

基于正交实验法的水润滑轴承结构参数优化设计

建立了8直槽水润滑轴承的数值模型，以偏心率、半径间隙、沟槽数量为影响因素，以摩擦因数、承载力为目标函数，进行正交试验，对水润滑轴承进行优化设计分析，结果表明：增大偏心率、减小轴承间隙、减少沟槽数量有助于降低摩擦因数与提高承载力。     

无轴轮缘推进器水润滑轴承的结构设计与仿真分析

目前,水下无轴轮缘推进器的水润滑轴承是直接对船舶艉轴承进行缩短然后应用的。船舶艉轴承的长径比远大于无轴轮缘推进器,加之水润滑轴承沟槽结构复杂,会造成润滑性能降低。针对这一问题,设计了一种适用于无轴轮缘推进器的水润滑轴承,在结构上采用半开槽结合承载区开设小沟槽,形成混合沟槽。基于润滑理论,使用ANSYS Fluent软件仿真,分析开槽结构和小沟槽的不同组合方式对水膜压力与承载力的影响,进而得出润滑性能最佳的水润滑轴承结构。结果表明,半开槽结构结合承载区开设矩形小沟槽能够有效提升水润滑轴承的润滑性能,改善使用传统船舶艉轴承结构的无轴轮缘推进器润滑性能降低问题。     

横向振动状态下水润滑轴承摩擦动力学特性

低速重载等极端工况下摩擦诱导异常振动会极大地影响舰船推进轴系中水润滑轴承的稳定运转。针对水润滑轴承开展考虑横向振动的摩擦动力学性能研究，建立受横向振动效应影响的水润滑轴承混合润滑和流体动压润滑模型，分析2种状态下轴承的振动特性；通过将轴颈平衡位置下的坐标代入轴承横向振动模型中，得到轴颈的扰动量，研究不同激励幅值对轴承摩擦力的影响规律，探明弹性变形条件下水润滑轴承的摩擦诱导振动机制。结果表明：当轴承出现接触，横向振动对轴承的摩擦力影响较显著，将导致轴承摩擦力呈现非线性变化。研究结果为评估横向振动对摩擦力的影响程度、揭示轴承摩擦振动机制提供支撑。     

任意偏斜下水润滑橡胶艉轴承混合润滑性能*

为探究大偏心率(ε≥1)下水润滑橡胶艉轴承沿端面偏斜的混合润滑性能,综合考虑表面粗糙度、弹性变形、接触压力、偏斜角对水润滑橡胶轴承混合润滑特性的影响,提出大偏心率(ε≥1)下滑动轴承沿端面任意偏斜的膜厚计算方法,并应用于艉轴承缩比模型混合润滑分析。通过数值模拟研究重载条件下水润滑橡胶艉轴承水膜压力、接触压力随偏斜角的变化规律,分析偏斜角、偏斜方向角等对水润滑橡胶轴承混合润滑性能参数的影响。研究表明：在混合润滑条件下,轴颈沿端面偏斜对流体载荷影响相对较小,但会显著增强润滑界面的接触效应从而恶化其润滑性能;横向偏斜一定程度上会提高直槽式水润滑橡胶轴承的承载能力,偏斜角增加到一定程度时会引起最大水膜压力沿偏斜端反向移动;偏斜角对水润滑轴承润滑特性的影响在混合润滑阶段内较为显著,在弹流润滑阶段其影响将会削弱。     

具有混合槽结构的水润滑橡胶轴承弹流润滑特性

综合考虑水润滑橡胶轴承不同开槽结构的润滑特性,设计出一种具有混合槽结构的橡胶轴承。采用有限元法建立了水润滑橡胶轴承双向流固耦合模型,研究不同沟槽结构对橡胶衬层变形、水膜压应力分布以及流场速度分布的影响,结果表明,混合槽结构综合了U形、V形和T形槽结构的各方面优势,能够改善水润滑橡胶轴承的流体润滑特性。     

基于ANSYS的磨料水射流机床滚珠丝杠系统热-结构耦合研究

建立滚珠丝杠系统的热-结构耦合分析有限元模型,通过热分析得到滚珠丝杠系统中螺母的温度最高,约为24.657℃,温升为4.657℃;左右轴承的温度约为24.14℃,温升为4.14℃;滚珠丝杠与螺母和轴承接触部分的温度较高,大约22.587℃,其余部分的温度不超过21.552℃.然后将分析得到的温度作为载荷加到模型上进行热-结构耦合分析,得到热变形量最大的地方位于螺母上,最大热变形量达到4.9μm;而丝杠的热变形比较小,由于受到螺母传导热的影响,最大变形发生在靠近螺母处,大约为1.633 μ m.     

微沟槽表面的滑动轴承性能分析

分析了微沟槽表面滑动轴承的润滑性能 ,计算结果表明 ,微沟槽表面轴承的压力分布与光滑表面轴承有着显著不同。轴承表面油槽中的油在油润滑时能防止轴承表面的胶合失效 ,而且这种轴承衬表面层的应力分布与光滑表面轴承也有显著不同。     

船舶水润滑尾轴承结构设计研究进展

水润滑轴承的结构优化可以有效提高轴承的承载能力、冷却散热、减振降噪和摩擦学性能。在概述船舶水润滑尾轴承的优势和存在问题的基础上,分析归纳水润滑尾轴承内衬结构、内衬的厚度和硬度、轴承间隙、长径比、内衬表面粗糙度等结构设计参数的研究进展;以轴位水润滑尾轴承、内衬多层复合水润滑尾轴承和闭式水润滑尾轴承为例,介绍近年来几种新型水润滑尾轴承的结构设计,指出闭式水润滑尾轴承在内河及沿海船舶上具有广阔的应用前景,是未来的研究重点和发展趋势;建议水润滑尾轴承的研究应从以下方面着手,一是从微纳米尺度研究轴承微观界面润滑机制,二是在考虑轴承参数间耦合作用的基础上对轴承进行多目标优化,三是进一步研究闭式水润滑尾轴承及密封装置材料、结构和辅助装置以及水润滑添加剂,四是研究船舶水润滑尾轴承的设计规范,建立一定范围内精度满足工程需要的轴承设计计算经验公式,以简化轴承设计程序。     

水凝胶/热塑性聚氨酯复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能

为提高水润滑轴承的承载能力，利用水凝胶在水润滑条件下的水合作用来改善热塑性聚氨酯（TPU）轴承材料的摩擦学性能。利用聚乙烯醇、海藻酸钠、壳聚糖等材料制备水凝胶颗粒，并通过熔融共混法制备水凝胶/TPU复合材料；在0.3和0.5 MPa的载荷下测试复合材料的摩擦磨损性能，利用激光干涉表面轮廓仪和扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌，分析其磨损机制。结果表明：水凝胶微粒可以通过水合润滑改善摩擦副的润滑条件，从而降低摩擦因数和磨损量，提高复合材料的摩擦性能；水凝胶质量分数4%时复合材料具有最佳的摩擦磨损性能，其在0.3和0.5 MPa工况下相对于TPU试样的平均摩擦因数减少率分别为52.31%和43.94%。研究结果为开发高性能水润滑轴承材料提供了一种方法。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。