大型推力轴承塑料-金属瓦热弹流润滑设计

针对水力发电机组用大型扇形PTFE-金属复合瓦推力轴承摩擦学设计问题,建立复合轴瓦三维热流固耦合的弹流润滑模型,分析轴瓦结构尺寸对轴承性能参数的影响规律。结果表明,PTFE层厚度对轴承性能有非常重大的影响,过厚的PTFE材料对轴承的散热、弹流润滑状态、瓦面接触强度等都会造成不利影响,尤其是会造成轴承接触温度随PTFE厚度增加而迅速升高;钢基体厚度增加够一定程度上增加最小油膜厚度,但对瓦面接触强度和最大接触温度的影响不大。     

卧式水电机组用径向滑动轴承热弹流特性分析

研究轴颈挠度和瓦块表面热弹变形对卧式水电机组径向滑动轴承静态润滑性能的影响。推导考虑轴颈挠度和轴瓦热弹变形后的油膜厚度表达式;用中心差分法结合ANSYS软件联立求解雷诺方程、能量方程、固体热传导方程、密度方程、黏度方程和轴瓦热弹变形等,得到径向滑动轴承的热弹流润滑(TEHD)特性,并与不计入轴颈挠度及轴瓦热弹变形的油膜动压润滑特性进行比较。结果表明:在考虑轴颈挠度和轴瓦瓦面热弹变形的影响后,油膜压力、温度、厚度沿着轴承宽度中心线的对称特性消失;油膜压力峰值增大,峰值点位置由轴向中心区偏移至出口区;油膜温度峰值增大,最高温度发生在出口区;润滑区内的最小油膜厚度大幅度减小,油膜最小厚度处于出口侧边界附近;轴承润滑流量减小,损耗略有增大;轴承稳态运行时,轴颈偏位角基本一致。     

橡胶层厚度对水润滑轴承润滑性能的影响

在考虑橡胶轴瓦弹性变形基础上,建立水润滑轴承的弹流润滑模型并进行数值计算,从理论上分析水润滑橡胶层厚度对轴承弹流润滑性能的影响。结果表明:一定范围内,相同材料不同厚度的橡胶轴瓦对水润滑轴承水膜压力和厚度有着较大影响。随着橡胶层厚度的增加,水膜压力减小,水膜厚度增加,弹流润滑效果越好;相应地,水润滑轴承所承受的摩擦力会减少,摩擦因数会出现降低的趋势。     

橡胶层厚度对水润滑轴承润滑性能的影响分析

在考虑橡胶轴瓦弹性变形基础上,建立水润滑轴承的弹流润滑模型并进行数值计算,从理论上分析水润滑橡胶层厚度对轴承弹流润滑性能的影响。结果表明:一定范围内,相同材料不同厚度的橡胶轴瓦对水润滑轴承水膜压力和厚度有着较大影响。随着橡胶层厚度的增加,水膜压力减小,水膜厚度增加,弹流润滑效果越好;相应地,水润滑轴承所承受的摩擦力会减少,摩擦因数会出现降低的趋势。     

多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑分析

考虑轴瓦弹性变形,建立多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑(THD)与TEHD模型的润滑性能差异,分析轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响.结果表明,轴瓦弹性变形导致最小油膜厚度减小、流体动压力的梯度下降,但对瓦面温度的影响较小;THD模型高估了轴承的承载能力,在高速重载的场合,这种误差可能导致轴承润滑失效.因此,在滑动轴承设计中有必要考虑轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响.     

考虑轴颈偏斜的多瓦径向滑动轴承热流体动力润滑分析

建立考虑轴颈偏斜的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,求解轴瓦表面当量弹性变形,计算得到轴颈偏斜时的瓦块油膜厚度、油膜压力分布和瓦面温度分布等,并对比分析无轴线偏斜和有轴线偏斜情况,得到多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热弹流润滑性能差异.结果表明,TEHD模型下,轴颈偏斜会导致轴承油膜厚度、油膜压力和瓦面温度等分布在轴向不对称,并且导致轴承油膜厚度明显减小.     

制造误差对多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑性能的影响

建立考虑制造误差的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的计算模型,计算得到有制造误差时的瓦块油膜厚度、油膜压力、瓦面温度分布等,并对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承在有无制造误差时的热弹流润滑性能差异。结果表明,轴径误差会导致最大油膜压力显著增大,轴瓦瓦面曲率半径误差会导致最小油膜厚度和最大油膜压力均有一定增大,而预载荷误差对轴承的润滑性能无明显影响。     

多瓦可倾瓦轴承的瞬态热弹流润滑性能分析

建立多瓦可倾瓦轴承瞬态热弹流润滑的数学模型,分析多瓦可倾瓦轴承在启动阶段的瞬态润滑性能,通过计算得到轴承由初始位置运动到平衡位置的轴心运动轨迹,并得到平衡位置时轴承的各项润滑性能参数,包括油膜厚度、流体动压力、瓦面温度与瓦面热弹变形等。结果表明,在开机启动阶段,轴心轨迹需要经历一段时间历程才能收敛于平衡位置,在载荷较小情况下,热变形对润滑性能的影响要比弹性变形大。     

轴瓦的力学性能对水润滑塑料轴承润滑性能的影响

在线接触热弹流润滑的基础上,对水润滑塑料轴承的热弹流模型进行计算,研究轴瓦的力学性能对水润滑塑料轴承润滑性能的影响,分析不同弹性模量下的压力、膜厚、最高温升曲线和温度分布。结果表明:在载荷等满足要求时,应选择弹性模量小的材料;载荷很大时,应选择弹性模量大的材料;弹性模量很大的材料,材料改性重点是增加自润滑性能和增加热传导系数。     

表面改性对滑动轴承弹流润滑的影响

考虑滑移边界条件,建立了极限剪应力模型和线接触弹流润滑模型,推导了润滑剂界面滑移速度,并修正了流体润滑Reynolds方程,针对界面改性后滑动轴承的润滑状态进行了探究。首先,分析了对轴瓦和轴颈界面均进行改性处理后,轴承润滑状态在整个弹流润滑接触区的变化;其次,分别研究了仅对轴瓦或者轴颈做改性处理的影响;最后,探究了界面改性对轴承摩擦因数的影响,并讨论了摩擦因数随载荷、速度的变化。结果表明,在弹流润滑的条件下,同时对轴瓦和轴颈进行表面改性处理时,油膜会在入口区形成凹陷,在出口区形成坍塌;仅对轴颈界面进行改性处理时,油膜会在整个接触区形成凹陷,对应的压力也会随之增加;相反,仅对轴瓦界面进行改性处理时,油膜厚度减小,压力降低;表面改性处理后,摩擦因数降低,并随载荷、速度的增大而减小。     

轴线偏斜对可倾瓦推力轴承润滑性能的影响

轴偏斜是实际运行推力滑动轴承中普遍存在的现象,轴心线的偏斜是造成推力轴承失效的主要因为之一.建立可倾瓦推力滑动轴承弹性流体动压润滑的计算模型,计算5组不同轴偏斜角下的轴承润滑性能,并将其与未偏斜时的润滑性能作对比.结果表明,轴偏斜造成每块瓦的油膜厚度、压力分布、瓦面温度均不相同,其中对油膜厚度、压力分布影响很大,对瓦面温度分布影响较小;在全膜润滑状态下,微小的偏斜角变化会造成最小油膜厚度和最大压力明显的变化,但瓦面最高温度变化很小.     

动压推力轴承的三维热弹流润滑特性分析

本文提出了一种基于双向流-固-热耦合的动压润滑推力轴承三维热弹流润滑特性数值计算方法,并应用于某大型泵用推力轴承的设计分析。通过建立推力轴承的双向流-固-热耦合数值计算模型,求解其三维热弹流特性,得到了额定工况下的液膜厚度分布、液膜压力分布以及轴承主要部件的温度分布和综合热弹变形等。分析结果表明:润滑液膜在厚度方向上的压力梯度近似为零,但存在着较大的温度梯度,综合热弹变形使螺栓支撑巴氏合金瓦推力轴承瓦面呈上凸变形,推力盘下表面呈下凸变形。     

基于质量守恒边界条件和微凸峰接触的动载轴承热弹性流体动力润滑特性

基于质量守恒边界条件和Greenwood/Tripp微凸峰接触理论,建立动载滑动轴承的热弹性流体动力混合润滑模型,该润滑模型能够同时预测油膜、空穴、接触的共生现象。计算结果表明, 计入温度影响后,轴瓦变形增加,微凸峰接触加重,最小油膜厚度降低,摩擦功耗增大;润滑油和轴瓦温度瞬时、局部增高明显,尤其在轴承端面。计入温度影响后,润滑油进/出口流量增加,表明轴承对温度具有一定的自适性。研究结果表明,在关键动载轴承的设计中基于质量守恒条件,同时计入接触和温度影响,是非常重要的。     

乏油条件下圆柱滚子轴承的弹流润滑分析

基于有限长线接触弹流润滑理论,将等效供油层厚度和轴承相关参数作为输入量,求得乏油条件下圆柱滚子轴承弹流润滑的完全数值解;比较充分供油与乏油条件下轴承的润滑性能,研究乏油条件下供油层厚度、载荷、转速对圆柱滚子轴承润滑性能的影响。结果表明:随着供油量的减小,油膜厚度减小,第二压力峰降低,压力的起始点位置移向Hertz接触区;载荷增加,油膜厚度减小,这将对轴承的润滑产生十分不利的影响;随着转速的增加,压力区变得平坦,油膜颈缩向出口区移动,乏油程度更加严重。     

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。     

表面粗糙度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响

为了揭示表面粗糙度对圆柱滚子轴承线接触稳态弹流润滑性能的影响,本文建立了具有表面粗糙度的圆柱滚子轴承弹流润滑模型,并推导出了摩擦系数方程;采用有限差分法求解了圆柱滚子轴承的弹流润滑性能,并分析了余弦粗糙度幅值、波长和纹理角度对圆柱滚子轴承弹流润滑性能的影响.数值结果表明:随着粗糙度幅值的增大,油膜厚度和油膜压力在粗糙度波峰波谷处的波动增大;随着粗糙度波长的增大,油膜厚度逐渐减小,油膜压力的波动逐渐减小;横向粗糙度更有利于提高承载能力,降低摩擦系数.因此,在合理的范围内增加粗糙度的幅度和波长,采用交叉纹理,有利于提高圆柱滚子轴承的弹流润滑性能.     

滚滑比对滚动轴承摩擦性能的影响研究

采用多重网格法进行了非牛顿流体的等温线接触弹流润滑和线接触热弹流润滑的数值计算,分析了热效应和不同圆柱滚子转速下的滚滑比对滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度和压力分布的影响;基于滚滑摩擦基础性能试验台,进行了试验并研究了不同圆柱滚子转速下滚滑比对圆柱滚子-轴承内圈摩擦副摩擦性能的影响。结果表明:滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度随着滚滑比的增大不断减小,随着圆柱滚子转速的增大不断增大,且线接触热弹流润滑工况下的润滑油的油膜厚度明显小于等温线接触弹流润滑工况下的油膜厚度;随着圆柱滚子转速的增加,油膜压力不断降低,当圆柱滚子转速较大时,油膜压力受转速影响较小;在不同的圆柱滚子转速下,圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的摩擦系数随着滚滑比的增大而增大。     

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。     

基于弹流耦合算法的船舶艉轴承润滑特性分析

采用耦合算法研究不同因素对船舶艉轴承弹流润滑性能的影响。以重载工况的船舶艉轴承为研究对象,建立轴瓦三维有限单元模型;通过有限单元法结合耦合算法求解油膜压力、油膜厚度、弹性变形,探讨了弹性模量、轴承间隙、长径比3种影响因素对艉轴承弹流润滑特性的动态影响。结果表明：弹性变形和油膜压力沿周向和轴向都近似抛物线分布,呈现先增后减的趋势,在周向180°附近取得最大值,因此在轴承周向和轴向的中点附近受轴承参数的影响较大,润滑状况需要特别关注;随弹性模量增加,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小厚度均减小,摩擦力和端泄流量同时增加,因此在一定区间内增大弹性模量能有效减小轴瓦产生的弹性变形;随轴承间隙增大,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小油膜厚度均减小,摩擦力和端泄流量变化不明显,因此在轴承安装时需控制合理的轴承间隙,确保轴承处于良好的润滑环境;随长径比增大,最大弹性变形量近似线性增加,油膜峰值压力、摩擦力、端泄流量均减小,最小油膜厚度几乎不变,因此在设计艉轴承长径比时,应综合考虑艉轴承在重载工况下可能产生的弹性变形以及弹性变形对润滑特性的影响。     

水润滑动静压滑动轴承的临界温度研究

建立水润滑动静压滑动轴承的弹流润滑几何模型,采用考虑热效应的Reynolds方程,对水润滑动静压滑动轴承进行弹流理论分析,计算一定供水压力下当润滑剂局部最高温度达到临界值时不同的速度、载荷极限值;分析润滑介质、轴瓦材料以及供水压力变化对速度、载荷达到极限值时的临界温度曲线的影响,得到润滑剂局部最高温度达到临界温度时的轴承速度和载荷极限值的临界温度曲线,并通过拟合得到曲线的函数表达式。研究结果显示:海水润滑下的临界温度曲线高于纯水润滑,塑料轴瓦的临界温度曲线高于陶瓷轴瓦;供水压力对不同轴瓦材料的临界温度曲线变化趋势影响不同,对不同润滑介质的临界温度曲线的变化范围影响不同。