高速高压圆弧螺旋齿轮泵径向力补偿方法研究

针对普通径向力补偿方法难以解决圆弧螺旋齿轮泵在高速高压下径向力剧增的问题,建立了齿轮轴受力数学模型,设计出一种新型滑动轴承,对剧增的径向力进行补偿,即圆弧螺旋齿轮泵压油腔内的高压油通过滑动轴承进油口流入滑动轴承的静压槽内,作用在齿轮轴上,以补偿径向力;然后利用Fluent软件对高速高压工况下新型滑动轴承与普通滑动轴承的承载特性进行对比分析,并通过实验进行验证。研究结果表明：新型滑动轴承静压槽内的油液压力与负载压力变化一致,且静压槽内油液压力未产生压降,补偿不平衡径向力效果显著,大大降低了轴承磨损;在额定压力为25 MPa工况下,相对于普通滑动轴承,新型滑动轴承承载能力提升了约4倍,温升降低了10℃。     

航空发动机齿轮泵轴承润滑及抗偏载特性分析

针对航空发动机齿轮泵滑动轴承复杂工况下存在的润滑性能不清晰、摩擦特性不明朗的问题,将转轴转速升高,分析光滑油膜和带槽油膜压力变化,增大入口供油压力,观察承载力变化,同时,施加并增大轴承偏载。结果表明,转速升高,光滑油膜正压增大、负压减小,带槽油膜的负压降低,承载能力显著增长,入口压力对承载力的影响逐渐减弱。存在临界入口压力,使得处在低于该值的工况,转速越高,无量纲摩擦因数越大。偏载持续增大,极大可能导致轴承油膜破裂、润滑失效。存在偏载临界点,使得处于临界点以下的轴承性能较好,高于该点的轴承性能较差。此外,偏载具有刚度增强和阻尼增强的作用。研究结果为齿轮泵滑动轴承设计研发及其国产化提供理论依据。     

凹槽型织构对钻头滑动轴承表面摩擦学性能影响分析

基于雷诺方程建立表面织构化滑动轴承润滑理论模型,探究不同织构参数(分布角度、深度、面积比、偏斜角度、长度)对钻头滑动轴承承载力和摩擦因数的影响规律.在油膜收敛和最小油膜厚度附近区域布置织构,有利于增加轴承表面润滑性能,而织构布置在油膜发散处反而会减小轴承承载力,增大摩擦因数.织构的最佳织构深度与轴承的工况相关,不同偏心...     

液体动静压轴承结构多目标优化设计

动静压轴承广泛应用于超高速切削电主轴,其工作性能对电主轴的可靠性及加工精度具有直接影响。传统动静压轴承设计以满足设计要求为原则,无法确保轴承的最优使用性能。为此以深浅腔体液动静压轴承为对象,对轴承结构的多目标优化设计进行研究。以轴承温升最小、油膜刚度及承载能力最大为目标函数,以浅腔深度、初始油膜厚度、进油孔径为设计变量,将参数取值范围作为限制条件,依托遗传算法,对动静压轴承开展优化设计,探寻最优方案。在对优化前后进行比较分析后发现,与优化前相比,动静压轴承油液温升、油膜刚度及承载能力在优化后均得到了改善,说明本次优化设计具有可行性。     

压黏效应对螺旋油楔动压滑动轴承特性的影响

对螺旋油楔动压滑动轴承进行了研究,推导出了斜坐标系下雷诺方程、油膜厚度方程和速度方程的有限差分公式.在此基础上,建立了考虑压黏效应的螺旋油楔动压滑动轴承的雷诺方程式.运用有限差分法,计算得出有无考虑黏压效应情况下,轴承的动静特性参数.结果表明:压黏效应使滑动轴承的油膜厚度有所提高,油膜压力、承载力和端泄量有所减小;压黏效应对轴承的刚度系数和阻尼系数、流线分布、摩擦阻力和温升都有不同程度的影响,是分析螺旋油楔动压滑动轴承动静特性的一个不可忽略的因素.     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

变黏度静压滑动轴承高速时油膜动态润滑特性

静压滑动轴承转台直径大（D=4.5 m）,高转速运行时产生线速度值很大,其内部润滑油膜受压及剪切发热导致油膜变薄进而影响到机床加工精度和运行可靠性。针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜动态润滑特性。建立该静压轴承的流量、承载力、油膜温升等理论模型,自定义用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,选取外载荷12 t,转速为80~200 r/min（线速度18~48 m/s）高速下的工况条件参数进行动态润滑特性数值模拟,并进行相同工况参数下的试验验证,揭示出高速时油膜厚度变化对油膜温度、油腔压力、封油边处流量的影响规律。研究发现,该型号轴承在承载12 t时,随着膜厚的减小,油膜剪切发热严重,温升加剧,且高速下受润滑油黏度变化影响造成压力损失严重,研究数据为工程上静压轴承可靠运行提供理论依据。     

杂质颗粒对轴承润滑特性的影响

滑动轴承在工作中会有杂质颗粒混入,为研究杂质颗粒对轴承润滑特性的影响,基于流体润滑理论,建立考虑杂质颗粒的流体动压滑动轴承动静特性数学模型。采用有限体积法和一阶迎风对控制方程进行离散,采用SIMPLE算法对离散后的方程进行求解,分析颗粒含量对油膜承载力和摩擦力的影响;同时采用动网格-弹簧光顺技术更新轴颈移动后的体积网格,求解轴承的动特性系数,分析杂质颗粒对轴承动特性系数的影响。结果表明：随着颗粒含量的增加,油膜承载力和摩擦力先增大后趋于稳定,表明杂质颗粒在一定程度上可提高油膜的承载力,但也会增大摩擦力;油膜温度以进油口为中心左右轴向对称分布,在轴向方向上油膜温度先降低后升高;考虑杂质颗粒后油膜的4个刚度系数数值均减小,而油膜阻尼系数Cxx、Cxy减小,Cyx、Cyy增大。     

低速工况下航空发动机轴承腔壁面油膜运动分析

航空发动机轴承腔壁面油膜运动特性的研究对于轴承腔散热设计起着非常重要的作用。笔者针对轴承腔低速工况,结合国外已有试验工作,提出描述油膜速度和油膜厚度的分析方法,并进行若干工况条件的分析。研究结果表明,在低速条件下,油膜厚度和油膜平均速度均自轴承腔排气口到排油口逐渐增大且和滑油供油量成正比,重力和油膜/空气界面剪切力的共同作用使得油膜在排油口两侧流动方向相反且数值上有差异。理论分析与试验工作的比较表明,笔者提出的低速工况下轴承腔壁面油膜分析方法是可行的,分析工作对于揭示轴承腔壁面油膜运动机理、进行轴承腔润滑设计和传热分析,都是有工程应用价值的。     

圆柱滚子轴承织构化内圈挡边摩擦特性分析

将表面织构应用到圆柱滚子轴承内圈挡边,建立了织构化内圈挡边-滚子端面油膜润滑的数学模型。计算分析了微凹坑对套圈挡边-滚子端面油膜压力分布的影响,分析了微凹坑参数和工况条件对摩擦因数的影响规律;试验研究了在不同载荷作用下微凹坑面积率、凹坑深度和直径对轴承温升的影响。结果表明:圆柱形微凹坑可明显改善套圈挡边-滚子端面的油膜压力分布;在不同载荷下均存在最优凹坑面积率、最优凹坑直径及深度,且随着载荷增大,直径较大组织构表现出更优的减摩性能。与无织构组相比,当轴向载荷为40 N,内圈挡边分布直径为0.3 mm,深度为1.0μm,面积率为18%的圆柱形微凹坑时,轴承挡边最高温升降幅可达46.8%。     

可倾瓦推力轴承中进口压力对热动力润滑性能的影响

从理论上研究了进口压力对推力轴承热动力润滑性能的影响。进口压力的存在,使油膜厚度增大,油膜内粘性能耗散减少,进油流量增大,温升减低,有利于提高润滑性能,轴承转速愈高,进口压力也就愈大。因此,进口压力是分析研究高速轻载可倾瓦推力轴承热动力轴承热动力润滑性能中的一个不可忽略的重要因素。     

齿轮泵无轴向泄漏的新结构研究

为解决轴向泄漏造成齿轮泵容积效率下降的问题,提出一款无轴向泄漏的新结构,即将普通泵直径小于根圆的滑动轴承结构,变更为直径介于根圆与节圆之间的同步圆盘轴-浮动侧板轴承新结构,两对同步圆盘轴被分别固定在主动齿轮和从动齿轮的前、后两侧。推导出压紧力和压紧力系数、轴向泄漏率的计算公式,并进行实例计算及分析。结果表明:齿轮泵无轴向泄漏结构的压紧力系数为1.18,符合小于1.2的要求;新结构轴向泄漏率仅为原结构的7%,可视为无轴向泄漏;偏心率降低了11%,最小油膜厚度增加了4%,有利于润滑改善;轴宽由15 mm变为10 mm,有利于降低轴向尺寸和轻量化设计。     

双矩形腔静压推力轴承内部流场动态分析

以Q1-205型双矩形腔静压推力轴承为研究对象,采用理论分析、动态仿真和实验测试相结合的研究方法,针对6种入口流速和3种工作转速工况油膜厚度变化对静压轴承的速度场、涡度及压力场进行了分析。采用动网格技术得出不同工况参数下膜厚与封油边流量、涡度、油膜压力关系曲线,揭示了油膜性能动态变化规律。研究发现,油腔内的低速区和高涡度区集中分布于逆流侧封油边处,且油膜厚度越小集中现象越显著,随着入口流速增大,油腔压力升高,低膜厚下高速时由于压力损失严重使得腔内压力随工作转速的增加而有所减少。     

螺杆泵斜-平面固定瓦推力轴承润滑特性分析

为了提升润滑油系统可靠性,避免轴承磨损,采用CFD分析螺杆泵斜-平面固定瓦推力轴承的润滑特性。计算该螺杆泵螺杆轴向力,得到油膜承载力数值范围;采用有限差分法得到油膜压力分布与厚度分布,采用有限体积法仿真分析不同油膜厚度、不同进油温度时轴承的压力场。仿真结果表明：温度通过影响润滑油黏度对轴承压载产生影响,当油膜厚度固定时,进油温度越低,润滑油黏度越大,轴承所受压载越大;当进油温度一定时,油膜厚度降低,则承载能力增加。因此,在低温启动滑油泵时,油膜由薄变厚平衡螺杆轴向力的过程中,轴承压载可能会超过许用压载,从而导致轴承磨损。     

瓦面凹槽结构参数对可倾瓦推力轴承润滑性能的影响

为了研究瓦面凹槽对可倾瓦推力轴承润滑性能改善的优势,在瓦块进油边设计一种圆弧槽结构,建立考虑槽结构的可倾瓦推力轴承热动力润滑模型,分析不同槽深和槽半径对轴承性能的影响规律。结果表明:在瓦块进油边开槽可以改善轴承润滑性能,与不开槽相比,油膜厚度和瓦块的进油流量增加,油膜温度降低;当槽深达到一定值后,油膜温升增大;推力轴承润滑性能随着槽半径增加而变差,轴承各性能参数随槽深的增加表现出极值特性;最优开槽参数为(1.2～1.5,1),该参数下轴承最小油膜厚度比无槽轴承的增加约10%,最大油膜温度降低约3℃。     

混合流态下鲨鱼皮织构滑动轴承静特性分析

轴瓦表面的织构会导致油膜厚度分布不均匀，整个流场中雷诺数差异较大，形成紊流和层流并存的混合流态。另外在高速运转工况下润滑油温度会大幅升高，从而影响其黏度及轴承承载能力等性能。鉴于鲨鱼皮结构在减阻、防污方面的成功应用，根据鲨鱼的盾鳞结构抽象建立了类鲨鱼皮二维织构的数学模型；同时考虑紊流以及油膜温度的作用，将类鲨鱼皮织构用于滑动轴承轴瓦形面的设计上，从鲨鱼皮织构的周向和轴向分布位置、织构深度、转速4个方面，对比分析了鲨鱼皮织构与球坑以及圆柱坑织构对滑动轴承静特性的影响。结果表明：1)织构位置分布对径向滑动轴承的性能影响非常大；2)不同织构深度下，鲨鱼皮织构始终表现出良好的减摩效果；3)高速紊流状态下的鲨鱼皮织构滑动轴承相比其他轴承减阻效果更加明显。     

小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性解析研究

小孔节流深浅腔动静压轴承是一种采用小孔节流器实现节流作用及浅腔实现二次节流作用的动静压混合轴承。针对现有理论不能解析研究油腔结构参数及工作参数对承载特性影响规律的不足,以及计算流体力学数值仿真软件计算时周期长,而不便于工程设计人员应用的缺点,基于油腔压强分段线性化的思想,建立分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压强、承载能力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的解析方法。进而以该方法研究动静压轴承的供油压强、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对轴承承载特性的影响规律。研究发现,在其他结构参数及工作参数一定的条件下,浅腔深度为初始油膜厚度的2～3倍时,轴承刚度接近最大、温升接近最低。通过油腔压强的解析值与试验值的比较,证实了该方法的有效性和研究结果的正确性。     

某重型立车静压转台热特性分析与实验研究

以某重型立式车床静压转台为研究对象,通过ANSYS Workbench建立油膜-转台这一流固耦合模型,探讨不同转速条件下,因油膜的摩擦发热导致的转台温度场及热变形场的变化规律。分析结果表明:油膜封油边处温升最大,在转速低于20 r/min时,静压转台热变形随转速的增加而缓慢增大;在转速高于35 r/min,静压转台热变形随转速的增加迅速增大。同时对不同工况下的油膜温升进行了测试实验,与封油边油膜瞬态温度仿真结果能够较好地吻合,转台边缘轴向热变形与径向热变形测试结果与仿真结果的变形方向及趋势是一致的。研究结果为进一步分析重型立车运行过程中的热误差控制及结构设计优化提供了理论依据。     

基于FLUENT的涡轮增压器推力轴承特性分析

轴向推力轴承,又称为止推轴承,被广泛应用于涡轮增压器中,增压器转子系统中产生的轴向力都是由轴向推力轴承承受。本文对涡轮增压器滑动轴承模型进行基于FLUENT的全三维数值仿真分析,得到轴向推力轴承三维油膜压力、流场、温度分布。通过分析,得到了稳态下轴向推力轴承油膜压力场、温度场、流场在不同转速下的分布特点:随着转速的上升,推力轴承内部流场的峰值压力随之上升,推力轴承承载能力与滑油流量也随之上升,并且峰值压力、轴向推力以及滑油流量和转速的关系是呈等比例上升;同时对比分析了转子转速、楔形深度、最小油膜厚度等一些关键参数对轴向推力轴承性能的影响。     

倾斜轴颈重载轴承润滑性能分析及试验

针对重载及安装导致的轴颈倾斜问题,推导径向滑动轴承油膜厚度方程,建立计入轴颈倾斜的流体润滑模型。以某重载轴承为例分析倾斜轴颈轴承的润滑性能。结果表明,轴颈倾斜会导致油膜压力发生轴向偏布,峰值偏离轴向中分面,且倾角越大偏离越严重;近轴端面油膜厚度远小于远轴端面,倾角较大时两端面油膜厚度差值大于最小油膜厚度值,可能导致轴颈与轴承碰磨甚至烧瓦,因此在轴承设计时必须予以考虑。动平衡机上进行的现场试验验证了理论分析的正确性。