气体静压径向轴承气膜流场及承载特性分析

研究偏心率及不同供气压强条件下,气体静压径向轴承节流孔附近的气膜流场特性及承载力变化情况,并通过优化节流孔张角,提高轴承承载力.建立气体静压径向轴承三维模型,划分网格并确立模型的边界条件,采用Fluent软件对轴承内部气膜流场进行仿真计算.计算结果表明,气体静压径向轴承偏心率的增加,会导致区域气膜的压力差增大,从而提高...     

带轴向微通槽静压气体轴承承载特性研究

以开设轴向微通槽的径向静压气体轴承为研究对象,通过Fluent软件对轴承的承载力和刚度进行仿真分析;针对矩形、三角形和椭圆形3种截面微通槽,分析气膜厚度对轴承的承载力和刚度的影响,得出微通槽的最佳截面形状设置;针对最佳截面形状的微通槽,分析不同槽宽和槽深对承载力的影响。研究发现:轴向微通槽可以明显提高径向静压气体轴承的承载力和刚度,偏心率越大,提升效果越明显;气膜厚度较小时,矩形微通槽气体轴承的承载能力和刚度最佳,且气膜厚度越小,微通槽形状的影响越大;气膜厚度较大时,3种微通槽轴承的承载力及刚度相近;承载力随微通槽槽宽和槽深的增大而先升高后趋于稳定。     

复合节流式静压气体轴承静态特性分析

为进一步提升静压气体轴承的静态性能,以普通孔式节流为基础,配合表面周向和径向槽节流,提出复合节流式静压气体轴承,以充分发挥2种节流方式的优点,使静压气体轴承具有更好的承载能力和刚度。利用Fluent计算轴承内流场参数并分析流场特性,比较复合节流式与普通孔式节流静压气体轴承的承载能力和刚度,并研究孔式参数和表面槽参数对复合节流式静压气体轴承静态特性的影响。结果表明：在一定气膜厚度范围内,复合节流式静压气体轴承对于提升承载力、增强刚度有着显著的效果;复合式节流因为有表面槽二次节流的存在,均压效果更好。增加节流孔数、节流孔直径、节流孔分布圆半径,以及在气膜厚度较小时增加表面槽长、槽宽、槽深,均有利于增加轴承承载力;在气膜厚度较小时,增加节流孔数、减小节流孔直径,以及增加表面槽长和槽宽、降低槽深,均有利于增加轴承刚度。     

向心透平发电膨胀机静压气体轴承设计与承载特性分析

为提升有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统向心透平发电膨胀机静压气体轴承的承载力与刚度,采用表压比法设计了以R245fa为润滑工质的静压气体轴承,分析转子偏心率、供气孔尺寸、进气压力对静压气体轴承承载力与刚度的影响。实验结果表明：在相同供气压力下,轴承承载力与刚度随着转速的增大而增大;在相同转速下,0.7 MPa供气压力相对于其他气体供气压力轴承的承载力与刚度略高;静压气体轴承的偏心率越大承载力越大;相同供气孔直径下,静压气体轴承的承载力与刚度随着转速的升高而升高;随供气孔直径增大,静压气体轴承的承载力和刚度也随之增大。     

单供气孔静压球面气体轴承特性分析

为探究静压球面气体轴承的工作特性,以单供气孔静压球面气体轴承为研究对象,建立轴承的气膜模型,使用有限元软件进行仿真计算,研究球窝包角、平均气膜厚度、供气孔直径和供气压力对轴承承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度的影响规律。结果表明：球窝包角越大,轴承的承载力越大,球窝包角的变化对轴承耗气量和气膜间隙内最大气流速度影响很小;平均气膜厚度越小,轴承的承载力越大,轴承的耗气量和气膜间隙内气流最大速度越小;供气孔直径越大,轴承的承载力和耗气量越大,气膜间隙内最大气流速度越小;随着供气压力的增加,轴承的承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度均增加。     

动静压气体径向轴承的静态性能转速效应

通过仿真与试验对纯动压、纯静压、动静压气体径向轴承的静态性能进行了对比分析,得到了轴颈转速、偏心率、气膜的动压效应和静压效应对轴承静态承载力和静态刚度的影响规律。随着转子转速或轴承偏心率的增大,动静压轴承的径向承载力逐渐增大;当转子转速较小时,气膜的静压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率增大而减小;当转子转速较大时,气膜的动压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率的增大而增大。     

转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性分析

为分析转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性,通过引入2个偏心角来描述转子三维偏心状态,并建立了三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性及轴承-转子系统动力学计算模型。以某气体箔片轴承为例,分析了其静、动态承载特性及转子动力学特性,结果表明：转子的三维偏心会导致气膜力分布在轴向上偏移;随转速增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼均不接近于0;随偏心角增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼近似呈指数增大;转子的运转从初始的三维偏心过渡至稳定时的二维偏心,最终在平衡位置处以低频、小振幅的振动形式稳定运转。     

双向均压槽节流静压气体轴承静态特性分析

为进一步优化径向静压气体轴承的静态性能,提出在传统小孔节流的基础上配合开设轴向和周向均压槽的复合节流式静压气体径向轴承。利用Fluent软件对比分析传统孔式节流与不同形式复合节流静压气体轴承的静态特〖JP2〗性,探究均压槽截面形状及供气压力对轴承静态特性的影响规律;利用正交试验探究节流器各结构参数对承载特性的影响。结果表明：复合节流式静压气体轴承在一定程度上提升了轴承的静态性能,其中均压槽以“口”字形布置以及截面形状为矩形时效果最优;供气压力的增大也可提升轴承静态特性;节流孔直径和均压槽深度对轴承静态特性的影响要大于节流孔深度和均压槽宽度,节流孔直径以及均压槽深度的增大均使得承载力与刚度呈现出先增大后减小的趋势。     

流固热耦合效应对气体静压径向轴承的影响

基于气体润滑理论和空气动力学的基本原理,建立气体静压径向轴承的气膜数学模型,通过数值分析和试验相结合的方法,分析了不同供气压力、偏心率、转速时,双向流固耦合和流固热耦合作用对气体静压径向轴承承载力和刚度的影响规律。通过理论分析,明确了高速电主轴气体轴承工作过程中压缩热和摩擦热的形成机理和持续局部温升对气膜和固体边界的协同耦合作用机制;借助数值计算,描述了气膜内部气动热温度场(供气孔出口压缩热和气膜入口的摩擦热)对气膜流场特性和固体边界的作用效果。     

超临界二氧化碳动静压径向可倾瓦轴承实验台设计与实验研究

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)动力机组在启动和停止阶段气体轴承产生非常大的摩擦磨损,以及气体轴承承载力低、刚度低、阻尼小、稳定性较差等问题,设计并改进一种新型动静压S-CO₂润滑径向可倾瓦轴承结构。设计并搭建S-CO₂润滑轴承实验台,针对于实验台转子刚启动和极低转速工况,对新型S-CO₂润滑动静压径向轴承在静压状态下的动态特性进行实验研究,得到轴承的动态刚度和动态阻尼,并分析静压对轴承动态性能的影响。实验结果表明,设计的S-CO₂动静压径向可倾瓦轴承在启停阶段,在轴瓦与轴颈之间产生了足够的静压压力,可将二者完全分隔开,从而能减少启停阶段的摩擦磨损;随着静压压力的增大,轴承X、Y方向上的整体刚度、主阻尼都增大,且2个方向的主刚度系数差别不大,而交叉刚度和交叉阻尼都接近于0。研究结果为进一步揭示S-CO₂润滑径向轴承动压状态特性提供参考。     

以高压CO2为介质的推力箔片轴承静特性分析

针对超临界二氧化碳布雷顿循环用压缩机中的推力箔片轴承开展了数值研究,通过MATLAB编程数值计算求解变密度、变黏度湍流雷诺方程和耦合弹性箔片变形方程,得到楔形间隙内气膜压力分布及推力箔片轴承承载力和摩擦功耗,并与空气润滑介质对比;进一步分析推力箔片轴承节距比、瓦张角、楔形高度及最小气膜厚度对轴承承载力和摩擦功耗的影响。计算结果表明:高压CO₂下弹性箔片变形比常压空气时更大,轴承承载力远高于常压空气轴承;瓦张角为45°和节距比为0.5的推力箔片轴承具有较高的承载力和较低的摩擦功耗;楔形高度设计过大会降低承载力,增大摩擦功耗,使载荷集中在水平区域;增大最小气膜厚度设计值虽能减小摩擦功耗,但却引起承载力的显著降低。     

供油孔区域惯性效应对液体静压推力轴承承载力的影响

分析了液体静压推力轴承供油孔区域惯性效应对其承载力的影响,供油孔区域惯性效应主要影响浅油腔液体静压推力轴承的承载力,当油膜厚度比大于5时,考虑和不考虑供油孔区域惯性效应的承载力之间的相对误差小于1％.对于浅油腔液体静压推力轴承,供油孔区域的惯性效应不容忽视,轴承承载力在考虑和不考虑供油孔区域惯性效应时的相对误差受供油孔...     

推力电磁轴承的动态承载能力与动刚度计算

从工程设计的实用角度对两种类型的推力电磁轴承动态承载能力和动刚度作了进一步研究,并给出了两个实际工程设计计算例子。结果表明,该研究结果克服了前人的不足之处,可以方便地应用于实际工程设计。     

轴表面DLC涂层对滑动轴承润滑承载性能的影响*

为研究轴表面类金刚石(DLC)涂层对滑动轴承承载性能的影响,利用滑动轴承实验台测试轴线对中及倾斜工况下灰铸铁、铝合金和聚酰亚胺(PI)涂层轴承分别与40Cr钢轴和DLC涂层轴配合时的轴心轨迹和极限载荷,并测试3种材料与40Cr钢和DLC涂层的摩擦因数。结果表明:相较与40Cr钢配合,灰铸铁和铝合金与DLC涂层配合时摩擦因数减小,重载下轴承偏心率减小,轴线对中工况下灰铸铁轴承的极限载荷超过10 MPa,铝合金轴承的极限载荷增大到7.8 MPa(增大1.1倍),轴线倾斜工况下轴承抱死失效时边缘变形增大;但重载下PI涂层与DLC涂层配合时摩擦因数增大,轴线对中工况下轴承极限载荷减小至3.6 MPa(减小44%),轴线倾斜工况下轴承抱死失效时边缘变形减小。     

均压槽尺寸对空气静压导轨静态性能的影响

引入有限体积法,采用理想气体等温条件下的k—ε模型封闭流动控制方程组,对均压槽尺寸改变条件下空气静压导轨润滑气膜流场分布进行数值模拟,得到导轨工作面压力分布图及承载力、刚度变化曲线,数值模拟结果表明：导轨承载力及气膜刚度随均压槽尺寸的增大而先增大后减小,存在一个最佳值;随均压槽尺寸增大,导轨工作面压强分布趋于均匀;但当均压槽大于一定尺寸时,气膜湍动随机性引发导轨工作面压强不规则分布,易造成偏载、导致导轨性能不稳。该结论为空气静压导轨均压槽设计及导轨系统静态性能的提高提供依据。     

ISO/TC 4关节轴承额定载荷标准的发展

介绍了ISO/TC 4关节轴承额定载荷标准制定过程,并叙述了关节轴承额定载荷的计算方法标准发展历程:1997年首次制定了国内关节轴承额定载荷计算方法和寿命估计方法的行业标准,2010年国内有关单位联合对该标准进行了修订,2013年全国滚动轴承标准化技术委员会将国内关节轴承额定载荷和寿命估计标准提交到ISO/TC 4。经过多年的研究,ISO/TC 4/SC 8发布了ISO 20015:2017和ISO/TR 20051:2020两项有关关节轴承额定载荷计算方法的国际标准,并对其主要内容进行了介绍。     

发动机圆柱滚子轴承载荷分析及刚度计算

在发动机圆柱滚子轴承拟静力学分析的基础上,建立了基于轴承径向游隙和油膜厚度的圆柱滚子轴承刚度计算模型。研究了圆柱滚子轴承的刚度特性,分析了圆柱滚子轴承的载荷分布和受载变形情况,为发动机轴系有限元分析中边界条件的处理提供了依据。     

3MW风电主轴轴承淬火油槽设计

分析3 MW风电主轴轴承热处理中存在的问题,计算轴承套圈淬火油槽的体积,重新设计淬火油槽结构,采用顶插式和侧插式组合搅拌器的淬火油槽,使3 MW风电主轴轴承在热处理二次淬火冷却过程中硬度达到标准要求。     

毛细管混压轴承节流参数与承载力性能研究

对以毛细管节流器为进油方式的混压轴承的静态特性进行探讨,利用有限差分法求解雷诺方程。静态分析中,比较了不同的油腔深度、节流面尺寸及偏位角对节流器参数和承载力关系的影响,并讨论了所得结果在轴承设计上的应用。