静压气体轴颈轴承力学特性分析的解析-CFD混合方法

在静压气体轴颈轴承的力学性能分析中,工程解析方法使用方便,但由于众多假设的引入而使分析精度不足,单纯计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法精度较高,但因数值建模复杂、模型规模巨大且计算难于收敛而使用不便。针对这两种方法各自的不足,建立小孔节流静压气体轴颈轴承力学特性分析的解析-CFD混合方法,该方法综合解析方法与CFD方法的优点,可在考虑详细气膜流场特性影响的情况下求出轴颈轴承的承载力与刚度。以特定的小孔节流空气静压支承轴颈轴承为例,分别基于解析-CFD混合方法和传统的工程解析法进行计算,并进行相应的试验测试。根据计算结果得到静压气体轴颈轴承的承载力与径向刚度,同时对工程解析方法、解析-CFD混合方法和实测结果进行比较,表明解析-CFD混合方法的计算结果更加接近实测值。     

基于正交试验的静压径向气体轴承数值分析*

以气动涡轮支承结构静压径向气体轴承为研究对象,建立静压径向气体轴承的微分模型,利用工程数值方法计算轴承承载力、刚度和气体质量流量,运用正交试验法研究节流器参数对轴承性能的影响,以及不同优化方向下轴承的综合性能。结果表明：不同的优化方向节流器参数的敏感性不同,以气体质量流量为优化方向明显不符合设计需要,以承载力为优化方向得到的轴承综合性能最好;平均气膜厚度、节流孔直径和数量是影响轴承承载特性的主要因素,节流孔直径越小承载性能越好。     

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。     

环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究

为提升气体静压止推轴承的静态性能,设计一种新型环形多孔气体静压止推轴承。依据气体润滑原理、采用有限体积法对环形多孔气体静压止推轴承的三维物理模型进行数值模拟,研究节流器上节流孔数量、直径、分布方式和供气压力对气体静压止推轴承静态性能的影响。结果表明：节流孔数量对环形气体静压止推轴承的承载力影响显著,但孔数增加到一定程度后承载力增速放缓;节流孔直径对承载刚度影响较大,随着节流孔直径逐渐减小最佳刚度逐渐增大;节流孔排布方式和供气压力对气体静压止推轴承的静态性能均有明显影响。     

均压槽气体静压轴承数值计算与静态性能分析

针对气体静压导轨承载力和刚度较低的问题,在导轨的工作面上设计横截面为矩形的直线形均压槽,分别研究均压槽的尺寸、节流孔的尺寸和个数以及供气压力对轴承静态性能的影响;建立轴承气膜的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,通过仿真计算得到轴承的质量流量,利用差膜计算方法得到轴承的承载力和刚度,分析不同结构参数下轴承承载力、刚度和质量流量的变化规律。分析结果表明:增加均压槽可以有效提高气体静压轴承的承载力和刚度,但轴承的耗气量也会增加;随着轴承偏心率的增大,轴承的承载力逐渐增大,轴承的刚度则先增大后减小,轴承的耗气量逐渐减小;均压槽的深度、节流孔的直径和个数以及供气压力对轴承承载性能的影响较大,而均压槽宽度和节流孔高度的影响则较小。     

钻削电主轴空气静压径向轴承润滑参数优化

采用有限元方法对钻削电主轴的空气静压径向轴承静特性进行数值仿真分析。首先对电主轴径向支承模型分析,并结合静压气体润滑理论分析,运用有限元方法对雷诺方程进行离散求解。基于此,借助于MATLAB工具平台,编写了气体静压径向轴承静特性数值分析程序,实现了静压气体径向轴承润滑参数的优化设计。通过该软件的计算仿真,以最大刚度为优化目标,最终得到了笔者正在开发的PCB钻削电主轴静压气体轴颈轴承的最优气膜间隙、节流孔直径及供气压力。     

液体静压轴承节流器的设计

采用固定节流形式的液体静压轴承,其轴承油膜刚度J是节流比β的函数。当节流比为一特定值时,可使油膜刚度为最大,此时的节流比称为最佳节流比。设计人员都是依据最佳节流比来设计选择静压轴承各参数的。然而,由于零件存在一定的加工误差及测量误差,在装配调试过程中,往往出现节流比偏离最佳值的情况。     

精密钻削电主轴静压气体止推轴承润滑参数动态优选设计

针对气体轴承的传统工程算法效率低,计算误差大,难以满足精密电主轴气体轴承设计要求的问题,在建立精密钻削电主轴轴向闭式支承物理模型的基础上,结合静压气体止推轴承润滑理论分析,运用有限元方法对雷诺方程进行离散求解。基于Matlab工具平台,采用超松弛迭代法编写了求解气体静压止推轴承压力方程组、承载能力和刚度的计算软件,实现了气体止推轴承润滑参数动态优选设计。通过该软件的计算仿真,得到了正在开发的PCB钻削电主轴静压气体止推轴承气膜间隙、节流孔直径、供气压力与轴承承载能力及刚度的曲线;以最大刚度为优化目标,最终确定了该电主轴止推轴承的最优润滑参数。     

精密钻削电主轴静压气体止推轴承润滑参数动态优选设计

针对气体轴承的传统工程算法效率低,计算误差大,难以满足精密电主轴气体轴承设计要求的问题,在建立精密钻削电主轴轴向闭式支承物理模型的基础上,结合静压气体止推轴承润滑理论分析,运用有限元方法对雷诺方程进行离散求解。基于Matlab工具平台,采用超松弛迭代法编写了求解气体静压止推轴承压力方程组、承载能力和刚度的计算软件,实现了气体止推轴承润滑参数动态优选设计。通过该软件的计算仿真,得到了正在开发的PCB钻削电主轴静压气体止推轴承气膜间隙、节流孔直径、供气压力与轴承承载能力及刚度的曲线;以最大刚度为优化目标,最终确定了该电主轴止推轴承的最优润滑参数。     

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。     

基于分子电流法轴向永磁轴承轴向刚度的分析

轴向刚度分析是永磁轴承设计过程中的重要环节,现有的几类模型计算结果与实测结果存在一定的误差.使用基于分子电流法分析计算轴向永磁轴承的轴向刚度时,由于分子电流法在计算轴向力时需要求解四重积分,计算周期长,甚至不能获得解析解,因此采用蒙特卡罗算法来近似计算轴承的轴向力,使求解过程简单化.通过与有限元法数值解进行比较表明,分子电流法建模可较准确地分析轴向永磁轴承轴向刚度,运用蒙特卡罗算法求解方程,突破了分子电流法难以工程应用的技术难题.     

外圈旋转轴承润滑寿命计算及分析

以汽车发动机张紧轮深沟球轴承和空调电磁离合器双列角接触球轴承为对象,分别利用基于润滑脂基础油和稠化剂类型与基于DIN 51821-FE9寿命试验结果的轴承润滑寿命计算方法,对外圈旋转和内圈旋转轴承润滑寿命之比进行了推导计算,结果表明,两者之比为0.6～0.8,同时指出了基于润滑脂基础油和稠化剂类型计算方法存在的问题和局限,对外圈旋转轴承的摩擦学设计、延长功能寿命具有重要的现实意义。     

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。     

圆柱滚子凸度量计算软件的开发及其应用

为了避免边缘效应的影响,根据Lundberg方程和三维有限长弹性接触问题的数值方法,开发出考虑越程糟时对数型修形滚子设计的可视化计算软件,并且将该软件应用于汽车十字轴总成节叉轴承的滚子设计中。结果表明,利用该软件设计出的滚子与滚道之间的接触应力不会出现边缘效应,也不会出现应力集中,从而提高轴承的疲劳寿命。     

滚动轴承寿命计算中当量动载荷的确定

滚动轴承的寿命是衡量滚动轴承承载能力的重要指标。滚动轴承寿命计算的核心问题是当量动载荷的计算,而对不同类型的轴承当量动载荷计算的方法也不同。介绍了滚动轴承当量动载荷计算的一般过程和难点。     

水泥厂管道支承设计

对水泥厂管道支承设计的几个方面进行论述。对支座的合理配置及结构型式的选择进行分析和归纳,用实例介绍了支座闻允许最大跨距的计算、支柱的强度计算和稳定性验算。     

A new basis for the optimization of hybrid journal bearings

A design strategy is presented for hybrid hydrodynamic/hydrostatic journal bearings which maximizes the hybrid load for minimum total power dissipation. It is shown that the detailed design of hybrid bearings is quite different from the design of recessed hydrostatic bearings. It is found that design for hybrid operation may lead to substantial increases in load support with significantly less total power dissipation than would be required if the designs were developed from hydrostatic bearing procedures.A new technique for optimizing hybrid journal bearings is presented. The method involves the comparison of the bearings to be optimized with a reference bearing on the basis of load/total power, load/pumping power and load/flow.     

多油叶轴承油膜动力特性系数的计算方法

刚度系数和阻尼系数是反映滑动轴承动力响应特性的重要的特性系数。对于以液体为润滑介质的多油叶轴承,本文给出了其动力特性系数的算法,采用数值方法进行了算例计算。     

无轴泵喷推进器水润滑轴承间隙流水动力设计与试验

针对无轴泵喷轮毂布置式水润滑支撑/推力轴承的敞水自润滑结构,以桨叶做功后产生的高速高压流场为输入来设计轴承的润滑和冷却流动通道,形成一体化支撑/推力轴承的自循环润滑方案.鉴于桨叶水动力与轴承间隙流的耦合影响作用,提出了两者迭代的设计方法,建立了桨叶与轴承间隙水动力耦合计算模型,实现了无轴泵喷轴承间隙流量的定量计算与分析...     

基于AVL Excite Designer的发动机曲轴主轴承润滑性能分析

以某型直列四缸发动机为研究对象,对曲轴主轴承进行弹性流体动压润滑分析。考虑非线性连接,采用多体动力学软件建立润滑仿真模型对曲轴主轴承进行动力学润滑计算。通过对最小油膜厚度、最大摩擦接触应力和磨损进行分析,揭示了设计中存在的隐患,为该型发动机曲轴主轴承的优化设计提供了参考依据。