基于FLUENT的径向滑动轴承紊流润滑特性研究*

为研究计入黏温效应的径向滑动轴承紊流润滑特性,以某汽轮发电机径向滑动轴承为研究对象,基于FLUENT两相流模型建立计入黏温效应的高速、大功率、重载滑动轴承紊流润滑状态下的仿真分析模型;采用Creo软件建立三维油膜模型并导入ICEM软件划分结构化网格,通过编写的黏温方程UDF程序来定义润滑油黏度属性;基于建立的FULENT模型研究定黏度与变黏度条件下偏心率和雷诺数对轴承紊流润滑特性的影响,并将仿真结果与广泛应用的Ng-Pan紊流润滑理论结果进行对比,验证仿真结果的正确性。研究结果表明：考虑黏温效应后,轴承最大油膜压力、最大油膜温度显著降低,承载力、摩擦力有所减小,而摩擦因数、端泄流量有所增加。     

滑动轴承运行模态参数理论分析及试验验证

滑动轴承的模态参数是其状态监测的重要指标,而轴承表面的磨损、润滑条件以及工作条件对轴承的模态参数有很大影响。为有效监测滑动轴承运行模态参数从而实现其早期故障检测,建立滑动轴承动力学模型并用复模态分析方法提取出系统的模态参数,研究滑动轴承的润滑油与轴承表面的作用诱导高频振动的机制,分析转速、载荷和润滑剂黏度对模态参数的影响,并进行实验验证。结果表明:轴承的润滑对于系统的高频振动有很大的影响;油膜刚度较高时,受润滑影响的模态阶数较少,并且转速的提高会导致固有频率先升高后降低;高频带范围内随着载荷增大振幅增大,低频带内润滑剂黏度增加模态频率降低。     

混合流态下径向滑动轴承的静态特性研究

以无限宽径向滑动轴承为研究对象,考虑油膜中同时存在层流和紊流两种流态,基于层流、紊流润滑理论,联立求解雷诺方程、能量方程和温黏方程,分析油膜中流态变化,得到压力分布、承载力、摩擦力和最高温度等特性参数。结果表明:随着转速的升高和偏心率的增大,油膜内流体从完全层流转变为完全紊流要经过一个复杂的流态变化过程;与单一层流流态相比,混合流态下油膜承载力和摩擦力较大,温升较高,黏度变化较大,这表明流态的改变和热效应对轴承特性有着不可忽略的影响,在计算轴承特性时,应准确判断油膜中流态,并考虑热效应的影响。     

压水堆燃料棒湍流激励流致振动响应计算方法研究

当湍流流过燃料棒表面时,湍流速度分量产生表面随机压力脉动。采用随机振动响应的模态分析技术,得出圆柱体横向振动位移的均方值一般表达形式。根据压水堆燃料棒的结构和流场分布特征,将作用在燃料棒上的流体力等效为脉动随机载荷,引入湍流功率谱密度函数,结合相关功率谱密度试验参数,推导每阶模态的振动位移均方值。分别讨论轴向和横向流引起的各阶模态的振动幅值,并给出各阶模态的对数衰减阻尼,轴向和横向流引起的振动幅值采用线性组合方法,对各阶模态的采用10%的模态组合方法得到所有模态的燃料棒振动幅值,给出了完整的燃料棒轴向和横向湍流激励振动总幅值的通用计算方法和分析流程。     

基于复合型紊流润滑理论的径向滑动轴承紊流润滑性能的研究

复合型紊流润滑理论是一种新型的紊流润滑理论。随着机器向高速、大型化、大功率方向发展,滑动轴承越来越多地工作在紊流工况。将先进的复合型紊流润滑理论应用于径向滑动轴承的紊流润滑性能研究,提出了建立紊流润滑参数数据库的思想,使复合型紊流润滑理论能方便地用于工程实际,并将理论计算结果与滑动轴承紊流试验数据进行对比,同时用国际通用的Ng—Pan紊流润滑理论模式进行计算对比。研究发现,复合型紊流润滑理论与试验结果更为吻合,并在此基础上研究了径向轴承紊流润滑性能随工况参数的变化情况。     

摩托车随机振动响应分析

研究了摩托车受到不平路面激励而产生的垂向随机振动。摩托车采用四自由度垂向振动模型,构建了摩托车振动分析有限元模型。运用路面不平度随机振动的功率谱密度分析方法,拟合了不同路面等级、不同车速下三种行驶情况的路面时间频率功率谱密度作为路面激励,得出了摩托车整车的模态特性以及对应的加速度响应功率谱密度。结果表明:路面不平度和摩托车行驶速度对结构随机振动响应影响较大,而当结构某阶固有频率与瞬时的空间频率一致时发生共振。此分析方法可用于研究摩托车的舒适性和平顺性,具有较强的工程实用价值。     

考虑气泡体积分布的轴承油气紊流润滑模型

将高速工况下的油气润滑介质视为由连续液体和离散气泡构成的混合流,基于连续方程、Navier-Stokes方程、壁面定律紊流模型和气泡体积分布函数,导出了考虑界面效应的混合流体紊流广义Reynolds方程,建立了高速主轴径向轴承油气紊流动压润滑模型,模型同时考虑了气泡体积分布以及两相界面间动量传输效应。通过数值耦合求解广义Reynolds方程和流体速度方程,获得了油气润滑动压轴承的压力分布、紊流流速分布。结果表明,气泡尺寸分布和界面效应将使油膜发散区产生正压力。     

紊流状态下高速动静压浮环轴承静特性研究

高速动静压浮环轴承雷诺数增大,油膜工作在紊流状态下.采用Ng-pan紊流润滑理论建立了浮环动静压轴承的数学模型,对轴承的静特性进行了有限元仿真并与层流状态下的计算结果进行了比较.结果表明除流量外,紊流计算结果普遍高于层流计算结果,应用紊流模型分析高速浮环轴承特性更为准确.     

专用喷洒车主管路的动力响应分析

采用有限元分析法对喷洒车主管路进行模态和随机振动分析，结果表明，主管路前五阶模态频率在激励谱范围内动态特性较差。用模拟方法得到车体在路面激励下的响应作为振动分析激励输入。随机振动分析表明，激励频率为24Hz时系统产生较大的动态响应。     

卧式水电机组局部多油楔径向滑动轴承研究

针对卧式水电机组用径向滑动轴承载荷日益提高的现状,设计一种局部多油楔瓦面结构的径向滑动轴承。通过联立求解膜厚方程、雷诺方程、密度方程、黏度方程、能量方程和固体热传导方程等,获得轴承的热流润滑特性,并与椭圆径向滑动轴承的热流特性进行对比。结果表明,局部多油楔径向滑动轴承具有较大的动压承载区域和较小的油膜压力梯度以及较低的油膜温升,可以大幅度提高轴承的承载能力。     

Approximate Solution of Oil Film Load-carrying Capacity of Turbulent Journal Bearing with Couple Stress Flow

The instability of the rotor dynamic system supported by oil journal bearing is encountered frequently, such as the half-speed whirl of the rotor, which is caused by oil film lubricant with nonlinearity. Currently, more attention is paid to the physical characteristics of oil film due to an oil-lubricated journal bearing being the important supporting component of the bearing-rotor systems and its nonlinear nature. In order to analyze the lubrication characteristics of journal bearings efficiently and save computational efforts, an approximate solution of nonlinear oil film forces of a finite length turbulent journal bearing with couple stress flow is proposed based on Sommerfeld and Ocvirk numbers. Reynolds equation in lubrication of a finite length turbulent journal bearing is solved based on multi-parametric principle. Load-carrying capacity of nonlinear oil film is obtained, and the results obtained by different methods are compared. The validation of the proposed method is verified, meanwhile, the relationships of load-carrying capacity versus eccentricity ratio and width-to-diameter ratio under turbulent and couple stress working conditions are analyzed. The numerical results show that both couple stress flow and eccentricity ratio have obvious influence on oil film pressure distribution, and the proposed method approximates the load-carrying capacity of turbulent journal bearings efficiently with various width-to-diameter ratios. This research proposes an approximate solution of oil film load-carrying capacity of turbulent journal bearings with different width-to-diameter ratios, which are suitable for high eccentricity ratios and heavy loads.     

水润滑动静压轴承三维压力及温度场分布理论研究

以4腔、毛细节流形式下的深腔动静压轴承为研究对象,采用有限差分数值方法求解了广义雷诺方程,该过程考虑了紊流、粘度和密度随压力及温度变化的影响。研究得到了在水介质润滑下的动静压轴承三维压力分布、温度场分布及动特性系数。结果表明在高速高压水润滑条件下的动静压轴承表现出了与粘度较大的油润滑条件下不同的液腔压力分布、温度分布等特性。水润滑轴承第3和第4个液腔压力较大,第1个液腔主要用来增加其稳定性,而同等条件下的油润滑轴承第2和第3个油腔压力较大,第4个液腔增加其稳定性。相比油润滑轴承,水润滑轴承温升较高,因此对于低粘度介质润滑下的轴承性能研究需要考虑温升影响。     

湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

以动静压气体径向滑动轴承为研究对象,考虑湍流润滑,基于有限差分方法求解引入湍流因子改良的可压缩雷诺润滑方程,计算湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的压力分布,获得轴承承载力、静态刚度、交叉刚度、主刚度、交叉阻尼和主阻尼等表征动静压轴承静动态特性的基本参数,并分析偏心率、槽深、槽数、长径比等结构参数及轴颈转速和供气压力等工况对轴承静动态性能的影响规律。结果表明：连续性狭缝湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的静态特性优于非连续性狭缝;轴承承载力随着偏心率、长期径比的增大而增大,随着槽区长度、槽深的增大而减小,槽数对承载力影响不大;轴承静态刚度随着偏心率的增大先增大后减小,随着长径比、槽深、槽数的增大而增大,随着槽区长度的增大而减小;较大的转速和供气压力有助于提升轴承的承载力和静态刚度;随着偏心率的增大,交叉刚度逐渐增大,主刚度先增大而减小,而交叉阻尼和主阻尼均增大。     

Thermal effects in cylindrical journal bearings of high‐speed gearboxes

The high rotational speeds and loads of gears operating in acceleration gearboxes causes problems related to the correct choice and design of journal or rolling bearings. In the case of journal bearings, these problems are connected with thermoelastohydrodynamic lubrication theory and the dynamics of the bearing system. However, of major importance is the problem of thermal effects in journal bearings. This has been considered for bearings used in a double‐helical gearbox with the pinion and output shaft operating in cylindrical journal bearings. The oil film pressure, temperature, viscosity distributions, and maximum and mean oil film temperatures have been determined. In calculations, laminar adiabatic and turbulent adiabatic models of oil films have been applied. The results of the calculations can be used in the design of cylindrical or other types of journal bearing in rotating machinery, including acceleration or reduction gearboxes.     

Comparative performance of squeeze film air journal bearings made of aluminium and copper

Two tubular squeeze film journal bearings, made from Al 2024 T3 and Cu C101, were excited by driving the single-layer piezoelectric actuators at a 75-V AC with a 75-V DC offset. The input excitation frequencies were coincident with the 13th modal frequency, at 16.32 and 12.18 kHz for the respective Al and Cu bearings, in order to produce a ‘triangular’ modal shape. The paper also provided a CFX model, used to solve the Reynolds equation and the equation of motion, to explain the squeeze film effect of an oscillating plate with pressure end leakage. The dynamic characteristics of both bearings were studied in ANSYS and then validated by experiments with respect to their squeeze film thickness and load-carrying capacity. It was observed that whilst both bearings did levitate a load when excited at mode 13, the Al bearing showed a better floating performance than Cu bearing. This is due to the fact that the Al bearing had a higher modal frequency and a greater amplitude response than the Cu bearing.     

润滑介质种类对气浮轴承性能的影响*

为研究润滑介质种类对于气浮轴承性能的影响,通过FLUENT对采用空气、二氧化碳、氢气与氦气作为润滑介质的气浮轴承进行数值计算,分别对静压轴承承载力随供气压力的变化趋势以及动压轴承承载力随转速的变化趋势进行分析;并对不同环境压力和温度下的二氧化碳润滑动压气浮轴承承载力变化趋势进行研究。数值计算结果表明:润滑介质种类对于静压、动压气浮轴承的承载特性均具有明显影响;不同润滑介质润滑下静压气浮轴承的承载力由大到小排序大致为空气、氦气、氢气、二氧化碳;不同润滑介质动压气浮轴承承载力变化趋势基本与润滑介质黏度变化趋势保持一致;二氧化碳润滑动压气浮径向轴承的承载力受环境温度与压力的影响主要体现在其工质黏度(随温度与压力)变化,二氧化碳润滑动压止推轴承的承载力随环境压力的增大近似呈线性增大。     

中介轴承故障动力学建模与振动特征分析

中介轴承是航空发动机转子的关键支承部件之一,工作转速高,润滑条件差,易发生故障。基于动力学模型的故障机理研究可以为中介轴承故障诊断提供依据。以Gupta圆柱滚子轴承复杂动力学建模方法为基础,考虑外圈的运动建立了中介轴承动力学模型,通过试验对模型进行验证。在此基础上,分别考虑滚道表面形貌和轴承间隙的变化,建立中介轴承磨损故障动力学模型;针对中介轴承滚道表面剥落等局部损伤故障,考虑滚动体通过损伤区域时趋近量和接触载荷方向的改变,建立中介轴承局部损伤故障动力学模型。利用所建故障动力学模型对不同磨损状态下中介轴承外圈径向振动响应进行研究。研究表明,出现磨损后,振动响应频率中出现若干随机成分;对于局部损伤和磨损的复合故障,随着磨损加剧,振动幅值随之增大,随机成分所占比重增加,损伤的故障特征不明显。