油垫可倾式静动压混合支承摩擦副变形

液体静压支承在高速重载工况下运行时,由于强挤压和高速剪切联合作用,微间隙油膜温度和油腔压力分布不均匀,导致静压支承摩擦副发生热固耦合变形,影响液体静压支承的承载能力和高精度稳定运行。为了解决该难题,提出一种新型油垫可倾式静压支承结构,其运行过程中可实现任意方向微摆,产生附加动压,形成静动压混合支承,达到高速重载工况条件下静压支承高精度稳定运行的目的。依据流热固耦合理论,采用ANSYS Workbench对支承摩擦副变形进行流热固耦合分析,探讨承载0 t~32 t极端工况条件下旋转工作台、可倾油垫和底座的流热固耦合变形规律。提取变形数据,并经MATLAB编程处理后得到摩擦副变形关系,发现油腔外侧封油边边角处变形最大,此处间隙油膜最薄,最易发生摩擦学失效,成果为进一步控制摩擦副变形和摩擦学失效机理研究提供新方法。     

热效应对径向浮环轴承最小油膜厚度及稳定性影响研究

以径向浮环动静压轴承为研究对象,采用有限元法和有限差分法联立求解Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,得到内外层油膜的压力分布、温度分布和黏度分布,对油膜压力积分得到轴承的刚度系数和阻尼系数。针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,结合能量方程和Routh-Hurwitz准则推导出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统的热失稳判据,分析了油膜热效应对内外膜最小油膜厚度与失稳转速的影响。结果表明:内外膜油腔呈现多个的温度峰值,两端面温度高于油腔中央温度;内外膜最小油膜厚度和系统失稳转速随着进油温度的升高而减小;高速工况下,油膜温升是导致浮环轴承发生油膜破裂和失稳现象的重要因素,计算时需计入油膜热效应对轴承性能的影响。     

精冲机静压导轨的油膜刚度设计及控制

根据精冲机滑块的高精度导向要求,选择精冲液压机滑块导向形式为静压导轨结构,设计精冲液压机滑块导向机构,由左右2副对称导轨组成,每副导轨又各设置2个主油垫和2个副油垫,以此增加油膜的强度和刚度,并计算静压导轨承载能力及油膜刚度,研究静压导轨油膜厚度控制方式。     

液体静压导轨转台轴向振动的动力学建模与分析

该文从Navier-Stokes方程着手,通过量纲分析略去微小量,再结合定流量供油的圆形油腔液体静压导轨系统油膜承载力模型,建立了液体静压导轨系统带有速度项的非线性油膜力模型,进而建立了液体静压导轨系统转台的动力学方程。同时,利用数值计算,并针对不同变量情况对液体静压导轨转台进行了动力学性能分析,研究结果对于深入研究液体静压转台系统的力学性能提供了理论依据。     

精密数控机床液体静压导轨油膜波动补偿控制研究

针对加工载荷作用的液体静压导轨油膜厚度波动问题,建立闭式液体静压导轨系统状态空间模型,利用精密数控机床加工载荷可预知特性,提出对静压导轨油腔压力主动预见控制策略。采用MATLAB搭建油膜波动补偿控制系统仿真模型,分析比较不加控制、采用最优控制、引入主动预见控制时导轨油膜厚度波动情况,观测两种控制方式时的油腔压力改变量。结果表明,预见控制作用下油膜厚度波动量较采用最优控制方式时减小73.3%,较不加控制减小94.1%;油腔压力对加工载荷跟随性提升23%。通过以溜板动态偏移量为指标的实测分析,验证主动预见控制策略对油膜波动补偿的有效性。     

玄武岩纤维混凝土腐蚀条件下抗冻融性能试验研究

为了研究玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)工程应用的耐久性能,通过试验的方法开展了这种新型复合建筑材料在腐蚀条件下抗冻融性能研究。试验分别测试了玄武岩纤维增强混凝土在无腐蚀环境下、在溶液、溶液和复合溶液(+)中的抗冻融寿命。试验结果表明:在上述四种情况下,复合材料经过冻融循环时相对弹性模量下降速度依次减缓。结论玄武岩纤维对混凝土在腐蚀条件下抗冻融破坏能力增强效果显著,有效地延长了混凝土在腐蚀条件下的使用寿命。     

盲孔法测试Q690高强钢管镀锌前后残余应力

残余应力对轴心受压构件的稳定性等有重要影响,为考察Q690焊接高强钢管镀锌前后的截面纵向残余应力分布,该文采用盲孔法对截面规格分别为、和共计24个试件的残余应力进行测试。通过试验得出了每种截面规格圆钢管的纵向残余应力的数值大小和分布模式,并将相同截面规格的钢管在镀锌前后的残余应力分布进行了比较,试验结果表明,钢管镀锌后残余应力有了明显的降低。通过对Q690未镀锌钢管的试验结果总结发现,Q690高强钢管的截面最大纵向残余应力与其钢材屈服强度的比值明显小于普通钢材:普通钢材为0.35,而该次试验测得的最大值为0.15。     

静压支承摩擦副变形流热力耦合求解与实验

摩擦副变形对静压支承摩擦学性能有显著影响,不均匀变形会引起润滑油膜破裂和干摩擦,严重时导致静压支承摩擦失效。针对环形缝隙节流静压支承,运用计算流体动力学、弹性理论和有限元法对静压支承摩擦副变形进行流热力耦合求解,得到了旋转速度和工作台自重对支承摩擦副变形的影响规律和摩擦失效机理。并进行了实验验证,数值模拟结果和实验值吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性。研究结果表明:随着旋转工作台转速增加,间隙油膜温度升高,热变形增大。工作台自重产生摩擦副的弹性变形对热变形有均匀化作用,但其挤压效应会加大热变形,造成工作台和底座的变形为内边靠近外部开口的喇叭状。工况继续恶劣,润滑油黏度急剧下降,局部油膜迅速变薄,出现干摩擦润滑,导致静压支承摩擦失效。     

圆形静压油腔流场特性的PIV实验与数值模拟研究

利用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)和计算流体动力学(CFD)方法,研究了高档数控机床液体静压支承系统中油腔内部的流场特性,包括入口雷诺数(Re)、油腔深度(H)和封油边间隙(h)对油腔内部流场的涡胞结构、壁面压强及剪应力分布等的影响。研究结果表明:实验结果与数值模拟结果相一致;油腔内部存在复杂的涡胞结构;随Re(70~1400)的增大,涡胞数量由1个增加为3个,涡胞尺寸和位置也不断变化;随着油腔深度H从6mm增大到18mm,涡胞尺寸逐渐增大,但涡胞数量减小;随封油边间隙h的增大,涡胞尺寸明显增大;相同条件下,增大入口雷诺数Re或减小封油边高度h都会增大承载面压强和剪应力。该结论为提高数控机床静压油腔的稳定性和承载力提供理论依据。     

基于几何条件的可倾瓦轴承油膜边界条件判定方法

针对可倾瓦轴承的雷诺方程,基于瓦块几何模型获得各个瓦块的边界条件,利用轴心、各瓦块中心与轴承之间的耦合关系,采用有限差分法计算分析油膜压力的分布。理论推导表明,瓦块的位置仅由瓦块预置参数、轴心的位置决定;数值结果表明,轴承的承载力随偏心率增大呈增大趋势。结合具体算例看出,当轴颈位置确定时,可确定各瓦块实际偏位角和偏心率,进而可对各瓦块方程分别进行求解。建立一种可行的边界条件确定法则,为可倾瓦轴承的建模提供了理论依据。     

THD analysis for slider bearing with roughness: special reference to load generation in parallel sliders

This paper analyzes the thermal and roughness effects on different characteristics of an infinite tilted pad slider bearing. The roughness is assumed to be stochastic, Gaussian randomly distributed. Density and viscosity are assumed to be temperature-dependent. In this study, two models of one-dimensional roughness, longitudinal and transverse, are considered. The irregular domain due to roughness is mapped to a regular domain so that the numerical method can be easily applied. The modified Reynolds equation, momentum equation, continuity equation and energy equation are coupled and solved using the finite difference method to yield various bearing characteristics. It is observed that for a non-parallel slider bearing, the load carrying capacity due to the combined effect is less than the load capacity due to the roughness effect for both models. However, in the case of a parallel pad slider bearing the reverse is true, though the load capacity is not significant. It is also observed that the load carrying capacity due to the combined effect is less than the load carrying capacity due to the thermal effect for the longitudinal roughness model, and it is the opposite for the transverse roughness model.     

THD analysis for finite slider bearing with roughness: special reference to load generation in parallel sliders

This paper analyses the thermal and roughness effects on different characteristics of finite rough tilted pad slider bearings. The roughness is assumed to be stochastic, Gaussian randomly distributed. Density and viscosity are assumed to be temperature dependent. In this study, two models of one-dimensional roughness, longitudinal and transverse, are considered. The irregular domain due to roughness is mapped to a regular domain so that the numerical method can be easily applied. The modified Reynolds equation, momentum equation, continuity equation and energy equation are coupled and solved using the finite difference method to yield various bearing characteristics. It is observed that for nonparallel slider bearing the load carrying capacity due to the combined effect is less than the load capacity due to the roughness effect for both longitudinal and transverse roughness models. However, in case of a parallel pad slider bearing, the reverse is true, though the load capacity is not significant. It is also observed that the load carrying capacity due to the combined effect is larger than the load carrying capacity due to the thermal effect for both roughness models.     

固定瓦-可倾瓦组合径向轴承—柔性转子系统非线性运动分析

摘要：本文针对流体润滑中具有Reynolds边界条件的非定常Reynolds方程,运用Castelli法求解Reynolds方程,生成了单块轴瓦坐标系下的非线性油膜力数据库。根据固定瓦-可倾瓦组合滑动轴承的结构特点,对单瓦库进行检索、插值和拼装,获得了固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的非线性油膜力。针对柔性转子-组合滑动轴承系统,运用自适应步长Runge-Kutta法和Poincaré映射计算了不同支点比下的轴颈的非线性运动轨迹。数值结果表明,转子系统表现出周期解,倍周期解和准周期解等非线性现象,支点比为0.6时的系统性能略优于支点比为0.5时的系统性能。     

On the performance of narrow porous journal bearing lubricated with couple stress fluid

Summary In the present analysis an attempt has been made to study the performance characteristics of a narrow porous journal bearing lubricated with couple stress fluid. A modified form of Reynolds equation is derived for the lubrication of porous journal bearings with couple stress fluid as lubricant. The analysis takes into account the velocity slip at the surface of a porous medium by using Beavers-Joseph criterion. The governing equation for flow in the porous media and the modified Reynolds equation derived from the Stokes [1] constistutive equations for the couple stress fluid satisfying the velocity slip boundary condition, are solved analytically for the film pressure distribution. Eigen type of expansions for the field variations are obtained. The dimensionless load capacity, attitude angle and coefficient of friction are presented for different operating parameters. The effect of couple stress and velocity slip on the dynamic characteristics of narrow porous journal bearings are discussed. It is observed that the bearings with couple stress fluid as lubricant provide significant load carrying capacity and ensure considerable reduction in the coefficient of friction compared with viscous lubricants.     

可倾瓦轴承的油膜力模型及其特性分析

提出一种可倾瓦径向滑动轴承的油膜力模型以及可倾瓦瓦块的摆动方程,并使用该模型分析可倾瓦轴承的预载荷,包角,瓦块摆角等对油膜力的影响;分析可倾瓦轴承油膜力和普通轴承油膜力的区别。运用Runge-Kutta等方法将可倾瓦轴承油膜力模型应用于Jeffcott转子,分析轴承瓦块摆角的特性。分析结果表明模型的高效性和可倾瓦轴承的特性。     

大型水轮机组推力轴承油膜厚度在线监测研究

油膜厚度是反映推力轴承运行状态的重要参数,对油膜厚度进行实时在线监测有助于实现推力轴承的稳定运行。以某大型水轮机组推力轴承为例,结合其润滑流体的雷诺方程和油膜厚度方程,利用有限差分法分析了不同载荷和不同转速下推力轴承油膜厚度和压力分布的变化规律,并设计了一种油膜厚度实时在线监测方法。理论分析结果表明,当转速一定时,推力轴承油膜厚度先随着载荷的增大而增大,达到峰值后,随着载荷的增大而减小;当载荷一定时,油膜厚度随着转速的增大而增大。理论分析结果与该水轮机组推力轴承油膜厚度的在线监测数据完全吻合,验证了提出的油膜厚度在线监测方法的可靠性,为推力轴承运行状态的诊断提供了科学依据。     

微机电系统径向气体轴承特性研究

充分考虑气体滑流边界条件的影响,结合硬球分子模型,提出一种可变温度二阶滑流修正Reynolds方程,并运用Newton-Kantorovich法(NKM)分析微机电系统(MEMS)径向气体轴承的特性,结果表明,微气体轴承与传统气体轴承相比,其承载能力有所降低;在大偏心率条件下,随着温度的升高,工作气体粘度及其分子平均自由程增大,使微气体轴承的承载能力进一步降低;针对微旋转机械转速高、长径比小等特点,讨论了转子转速、长径比及温度对径向微气体轴承特性的影响。     

紊流滑动轴承油膜承载力的近似解

随着旋转机械向高转速、大功率方向发展,作为支承的滑动轴承越来越多地工作在紊流工况。为了能够快速准确地分析其润滑性能,给出了基于Sommerfeld和Ocvirk数的一种有限长紊流滑动轴承非线性油膜承载力的近似解析表达式。通过采用多参数摄动原理对有限长紊流滑动轴承润滑的Reynolds方程进行了求解,计算得到了滑动轴承的油膜承载力,并与有限元法计算的结果进行了比较,验证了基于多参数摄动原理求解紊流滑动轴承承载力近似解析方法的正确有效性。在此基础上,分析了偏心率、宽径比对滑动轴承的轴承承载力以及压力分布的影响。计算结果表明该近似解析方法适用于求解各种宽径比轴承的油膜承载力,尤其在较大的偏心率和载荷范围内适用。