曲面微槽在螺旋槽动压径向空气轴承中应用的数值研究

目前对于螺旋槽轴承的轴承参数及其稳定性、承载力的数值关联研究较多,以此为设计提供数据支持。由于螺旋槽轴承的应用范围越来越宽泛,需要考虑的因素就越来越多。随着多轴精雕机床加工微曲面的能力增强,使曲面曲边微槽代替传统的直面直边微槽成为可能。本文设计了一种新型曲面槽结构,应用计算流体动力学（CFD）技术对改进前后的微槽型结构进行了对比,证明了新型的槽型结构更有利于提高螺旋槽轴承的承载力和稳定性。本研究结果可为改进螺旋槽空气轴承的设计提供参考。     

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

螺旋槽止推气体轴承承载能力的数值分析

运用Fluent流体计算软件,求解螺旋槽止推气体轴承气膜压力分布,将计算得到的承载力与文献结果进行比较,验证计算方法的正确性。分析螺旋槽槽数、螺旋角、槽深、槽长比及槽宽比对轴承承载力的影响。结果表明:在槽区气体因受到压缩存在高压区并因此形成承载力;随着槽数的增加承载力逐渐增大并趋于定值;而对于螺旋角、槽深、槽长比和槽宽比,均存在最佳值使承载力最大。     

箔片式动压空气轴承试验研究

箔片式动压空气轴承是一种以箔片为弹性支承的自作用式动压气体轴承,因其优越的动力学性能广泛应用于高速透平机械、高精密机床以及航空、航天、国防等高端装备领域.箔片式动压空气轴承采用空气为润滑介质,根据动压润滑原理,轴颈与轴承间需要达到一定的相对速度,所形成的动压气膜才能克服转子径向力,使轴颈与轴承脱离机械接触,即转速要达到...     

螺旋槽小孔节流动静压空气轴承颗粒冲蚀研究

为研究空气轴承在运转过程中细小颗粒对壁面冲蚀情况,借助三维建模工具建立动静压空气轴承模型,从连续方程、可压缩流体润滑方程、气体状态方程出发,推导出等温条件下稳态气体润滑Reynolds方程;结合离散相模型(DPM)颗粒平衡方程,分析颗粒运动轨迹和颗粒对壁面的最大冲蚀速率。借助Fluent仿真软件分析气源压力、主轴转速、粒径参数对气体轴承壁面冲蚀的影响。结果表明：随着粒径尺寸的增加,相同运行工况下,壁面冲蚀磨损速率呈现先增加后降低趋势;随着主轴转速的增加,壁面冲蚀磨损的面积在增加,但最大壁面冲蚀磨损速率在下降,同时壁面磨损面积向主轴正向旋转的方向延伸。     

螺旋槽气体密封的研究

分析了螺旋槽气体密封间隙内的气体运动并建立了雷诺方程，将用有限元素法对该方程求解所得的结果与有关文献中的结论进行了比较；同时，根据对自制螺旋槽密封件进行的试验，分析了螺旋槽运行规律，将得出一些有意义的结论。     

螺旋槽平面型线对水润滑螺旋槽推力轴承承载能力的影响

不同螺旋槽平面型线对螺旋槽推力轴承的压力场及承载能力会产生不同程度的影响.采用RNG k-ε湍流模型对具有不同螺旋槽平面型线的水润滑螺旋槽推力轴承润滑膜压力场进行了数值模拟,重点探讨了在不同转速条件下,不同螺旋槽平面型线对水膜压力场和承载能力的影响程度.结果表明:抛物线槽产生的压力峰值最大,螺旋线槽则具有最大的承载能力;与其它平面型线相比,螺旋线具有更稳定的压力分布,更适合水润滑螺旋槽推力轴承.     

径向动压气体轴承承载能力的CFD分析

为改进计算精度和提高计算效率,采用CFD软件Fluent对径向动压气体轴承承载能力进行分析.使用软件Solidworks建立径向动压气体轴承三维物理建模;从可压缩流体润滑方程及连续性方程出发,得到等温条件下动压润滑雷诺方程的基本形式,运用有限差分法计算径向动压轴承的压力分布及承载力等特性;采用Fluent进行有限元仿真...     

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。     

不同气腔结构径向静压空气轴承性能对比*

基于 Fluent软件对单气腔和三气腔结构空气静压轴承性能进行仿真分析。借助CATIA三维软件建立静压空气轴承三维模型,利用有限体积法求解等温条件下的稳态气体润滑 Reynolds方程,分析偏心率、长径比、气膜厚度、主轴转速对轴承承载性能、空气流量的影响。结果表明：偏心率较小及低供气压力下,三气腔结构的承载力优于单气腔结构;随着供气压力的增加,三气腔结构与单气腔结构的承载力差值逐渐增大,三气腔结构的承载力优于单气腔结构;随着主轴转速的增加,三气腔结构的气膜压力分布比单气腔结构更加均匀、动压效应更明显,主轴运转时稳定性能更好,承载力更高。     

螺旋槽气体轴承动态特性及失稳分析

针对高速动静压气体轴承气膜的复杂非线性动力学行为,以球面螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立润滑分析数学模型;采用有限差分法与导数积分法进行求解,得到动态扰动压力分布及动态特性系数,并研究切向供气条件下螺旋槽参数、径向偏心率、供气压力、转速对气膜刚度阻尼系数的影响规律;建立线性稳定性计算模型,预测气膜涡动失稳转速,分析运行参数对失稳转速的影响。结果表明:气膜阻尼是一种抑制涡动的因素,气膜的稳定性取决于气膜刚度与阻尼的协同作用;气膜刚度阻尼随着槽宽比、槽深比、螺旋角的增大,整体上呈先增大后减小的趋势;刚度随转速的升高而增大,阻尼则随转速的升高而减小;径向偏心率和供气压力越大,气膜刚度和阻尼越大;在一定范围内,提高供气压力、增大径向偏心率能够提高系统失稳转速;合理地选取轴承结构参数和运行参数,能够优化轴承动态特性,保证气体轴承较高的运行稳定性。     

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。     

表面凹痕织构动压承载性能的CFD分析

为研究表面凹痕织构的动压承载性能,在建立其几何模型的基础上,采用基于N-S方程的CFD方法研究不同参数下表面凹痕织构的平均承载力变化规律,并考察雷诺数、织构宽度和深度对动压承载性能的影响。结果表明:雷诺数的增加能够大幅提升表面凹痕织构的平均承载力;随着织构宽度的增加,表面凹痕织构的动压承载性能趋于优良;当量纲一织构深度处于0.5～1时,表面凹痕织构具有最佳的动压承载性能。     

球轴承振动的试验研究

在改装的轴承振动测量装置上，对专门设计和制作的试验球轴承，用固定式安装的加速度计，以基于微机的数字化振动测量和分析系统，试验研究了载荷、速度和润滑对球轴承振动特性的影响，通过试验进一步验证了球轴承振动的理论模型，证明了球轴承振动的摩擦动力学本质。     

Enhancing Film Stiffness of Spiral Groove Dry Gas Seal via Shape Modification at Low Speed: Numerical Results and Experiment

Abstract

The film stiffness of dry gas seal must be sufficient to keep gas film stable at high and low speed. A generalized geometric model based on triangles is proposed to characterize spiral grooves. A mathematical model is established and solved using the finite-difference method to obtain steady performance. The optimum spiral grooves for maximum opening force and film stiffness are obtained at low speed, and their steady performance is compared with conventional spiral grooves numerically and experimentally. The pressure and flow field of optimum spiral grooves and conventional spiral grooves are simulated to reveal the mechanism of the performance difference. Results show that through-combined spiral grooves outperform the other derived spiral grooves. Their film stiffness is up to 15% larger than that of conventional spiral grooves at low speed.     

螺旋槽水润滑橡胶合金轴承沙粒侵蚀磨损研究

螺旋槽水润滑橡胶轴承橡胶面的破坏除了与运动轴直接接触造成磨损外,水中泥沙颗粒等污染物对水润滑橡胶的侵蚀磨损也是影响水润滑橡胶工作面的主要破坏方式。对液-固两相流中固体颗粒的受力情况进行分析;借助于Finne磨损基本数学模型,对不同转速、不同大小沙粒和水组成的流场进行分析,得到内部颗粒随液态流场变化的趋势;对中高转速下颗粒对壁面磨损的过程和位置进行初步的预测。结果表明,在不同转速下,不同粒子对橡胶面不同位置的侵蚀磨损是显著不同的:低转速下,接近层流状态时,对承载面的磨损较大;高转速下,流体呈现紊流状态,并在导流槽内出现独立的漩涡现象,导致颗粒在漩涡内聚集,从而造成漩涡面的磨损侵蚀较大。螺旋槽结构导致流场内漩涡出现,对于排污具有较好的作用。