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。     

球面螺旋槽动静压气体轴承动态特性分析

以半球螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立球面动静压混合气体轴承的非线性动态润滑计算分析数学模型,采用偏导数法推导出扰动压力控制方程;在广义坐标系下,采用有限差分法对扰动压力控制方程离散化,推导出扰动压力的差分表达式;推导出半球螺旋槽动静压气体轴承刚度和阻尼系数与扰动压力之间的关系表达式;采用VC++6.0编制程序,数值计算出三维微气膜的瞬态扰动压力分布、非线性气膜力及动态刚度系数和动态阻尼系数。研究转速、偏心率及供气压力对气膜动态特性系数的影响规律,结果表明:随着转速、偏心率及供气压力的增大,气膜刚度和阻尼系数均有不同程度的变化。     

螺旋槽小孔节流动静压气体轴承动态特性分析*

为进一步改善小孔节流动静压气体轴承的稳定性,对螺旋槽小孔节流动静压气体轴承的动态特性进行了研究。建立不定常工况下的动态雷诺方程,采用偏导数积分法求解动态特性系数。研究有无螺旋槽、涡动比、转速、供气压力以及槽宽和槽深对轴承动态特性的影响规律。结果表明:螺旋槽可以显著提高轴承的动态特性,增加轴承的稳定性;随涡动比的增大,直接刚度系数增加,交叉刚度系数和各阻尼系数都减小;随转速的增大,各刚度系数增加,而各阻尼系数减小;随供气压力的增大,各刚度和阻尼系数均增加;随槽宽的增大,直接刚度系数和阻尼系数呈先增加后减小趋势,交叉刚度系数和阻尼系数变化较小;随槽深的增大,直接刚度系数增加,交叉刚度系数和各阻尼系数先增加后减小。     

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。     

液体动静压球形轴承动态特性分析

分析了轴承参数对球形液体轴承的动态特性的影响规律,为液体球轴承的动态刚度、阻尼以及稳定性提供理论指导。以液体动静压球轴承为研究对象,建立液体球轴承的润滑分析数学模型,采用小扰动法推导出层流状态下动态液体润滑方程,采用有限差分法求解扰动压力偏微分方程,数值计算液体球轴承的刚度系数和阻尼系数,通过数值分析研究轴承的转速、偏心率、平均油膜间隙等参数对轴承的动态特性系数的影响规律。结果表明：转速、偏心率以及平均油膜间隙对油膜的刚度和阻尼有着重要的影响。     

狭缝节流动静压气体径向滑动轴承性能研究

以狭缝节流动静压气体径向滑动轴承为研究对象,采用有限差分方法求解其可压缩气体润滑Reynolds方程,获得压力分布,进而获得轴承承载力、刚度、阻尼等表征滑动轴承静动态特性的参数,并分析偏心率、长径比、槽宽比等轴承的结构参数及供气压力和转速等工况对轴承动静态性能的影响规律。结果表明:在轴承其他参数确定的情况下,连续性狭缝轴承较非续性狭缝轴承具有更大的承载力和刚度;增大偏心率、长径比、供气压力和减小槽宽比均能增加轴承的承载力和刚度;大偏心率、高转速下轴承动压效应突出,可有效提高轴承的承载能力和稳定性能。     

半球面气体轴承动态特性分析北大核心

以半球面螺旋槽气体轴承为研究对象,建立供气切向角可变的轴承非线性动态润滑分析数学模型,采用偏导数法推导扰动压力控制方程,并在广义坐标系下进行保角变换和斜坐标变换,结合导数积分法与有限差分法,建立扰动压力控制方程的差分表达式,推导气体轴承动态刚度和阻尼系数与扰动压力之间的表达式,采用VC++6.0进行数值计算,在不同偏心率下研究供气压力及供气切向角对气膜动态特性系数的影响。结果表明:偏心率、供气压力增大,部分刚度、阻尼增加;供气切向角度增大,部分刚度、阻尼减小。     

半球面气体轴承动态特性分析

以半球面螺旋槽气体轴承为研究对象,建立供气切向角可变的轴承非线性动态润滑分析数学模型,采用偏导数法推导扰动压力控制方程,并在广义坐标系下进行保角变换和斜坐标变换,结合导数积分法与有限差分法,建立扰动压力控制方程的差分表达式,推导气体轴承动态刚度和阻尼系数与扰动压力之间的表达式,采用VC++6.0进行数值计算,在不同偏心率下研究供气压力及供气切向角对气膜动态特性系数的影响。结果表明:偏心率、供气压力增大,部分刚度、阻尼增加;供气切向角度增大,部分刚度、阻尼减小。     

基于CFD的球面动静压气体轴承稳态性能及动态特性分析

基于CFD建立球面螺旋槽动静压气体轴承气膜的有限元模型,数值计算气膜网格点上的压力分布,模拟气膜瞬态流场中复杂的气体流动,得到气膜的压力分布、承载力以及动态特性系数。结果表明:增加供气压力可以有效地增强静压效应,减小气膜厚度和增加转速有助于增强动压效应,动静压效应耦合可以提高轴承承载性能,偏心率为0.4～0.5,平均气膜厚度为8～12μm,供气压力为0.5～0.6 MPa时,产生的动静压耦合效应明显,从而可增加气膜的承载性能和轴承高速运行的稳定性;轴承刚度系数随着气膜厚度的增大呈先增加后减小的趋势,随着偏心率的增加而增加;轴承阻尼系数随着气膜厚度和偏心率的增加变化较为复杂,但整体上呈增大的趋势,因此,合理地选取气膜厚度和偏心率能够提高轴承承载性能,改善其动态特性,提高球面动静压气体轴承运行稳定性。     

考虑边界滑移状态的液体动静压球轴承稳定性分析

液体动静压球轴承稳定性分析包括探究其动态特性及临界转速,其刚度和阻尼系数对轴承转子系统稳定性具有重要影响,而研究临界转速可有效避免轴承转子系统发生涡动失稳。考虑边界滑移条件,将小孔节流器进入油腔流量与封油边流出流量相等作为边界条件,求解出边界滑移状态下的Reynolds方程得到油腔压力和封油边压力;对边界滑移状态下瞬态Reynolds方程采用小扰动法推导出扰动压力偏微分方程,结合有限差分法和松弛迭代法求解方程得到边界滑移状态下液体动静压球轴承的刚度和阻尼系数,进而通过线性稳定性方法求解临界失稳转速,探讨滑移系数、供油压力、转子转速之于轴承动态特性的影响及临界转速之于滑移系数的变化规律。结果表明,滑移系数增大会导致4个刚度系数和交叉阻尼系数减小、直接阻尼增大;供油压力增大将导致8个动态特性系数均增大,转速增大将导致刚度增大及阻尼减小,且滑移效应的发生不影响上述规律;临界转速随滑移系数的增大而减小,系统稳定性降低。     

螺旋槽小孔节流动静压气体轴承静态特性研究

以螺旋槽小孔节流动静压气体轴承为研究对象,运用变分法求解雷诺方程,利用Fluent软件对轴承静态特性进行仿真分析,研究供气压力、偏心率、转速以及节流孔直径、螺旋槽宽度和深度对轴承静态特性的影响规律。结果表明:相同偏心率下,随供气压力的升高,轴承静态特性增强;相同供气压力下,偏心率越大,承载能力越高,刚度越小;螺旋槽能够显著提高轴承静态特性,且转速越大,螺旋槽对轴承的动压效应越好;保证其他结构参数不变,轴承静态特性随螺旋槽宽度的增加先增大后减小,螺旋槽深度和节流孔直径越小越有利。     

结构参数以及工质对静压气体轴承动力学参数的影响

基于MATLAB编程,通过有限差分法(FDM)耦合比例分割法获得压力分布;采用偏导数法(PDM)推导出扰动状态的润滑方程求得静压气体轴承的动力学特性参数;分析静压气体轴承的结构参数(供气孔数量、气膜间隙、节流方式)以及工质(空气和He)对其动力学特性的影响,以及动刚度和动阻尼系数随着各参数的变化规律。结果表明:气膜间隙、单排供气孔数以及工质的种类对直接刚度均有影响,但对阻尼一级交叉刚度系数影响较小;节流方式对直接刚度系数以及直接阻尼系数影响较大,对多交叉刚度系数以及交叉阻尼系数影响较小;固有孔节流的主刚度以及主阻尼系数大于间隙节流。     

箔片动压气体轴承转子系统动态特性试验研究

在箔片动压气体轴承的润滑分析模型和动态特性数学模型基础上,结合牛顿力学方程,建立箔片动压气体轴承-转子系统动力学方程,并研究其刚度和阻尼系数的计算方法;试验测量箔片动压气体轴承-转子系统的振动及速度,计算其刚度和阻尼系数;结合图谱法分析箔片动压气体轴承-转子系统在升速过程中的线性失稳和非线性失稳现象,研究转速对其刚度和阻尼系数的影响规律。结果表明：箔片动压气体轴承-转子系统主刚度系数整体随着转速的升高而增大,而交叉刚度整体随着转速的增加而减小且变化趋势相对较为平缓;阻尼系数整体随转速的提高而减小;系统自身阻尼抑制了扰动和低频能量的聚集,避免了箔片振动发生,从而有效地提高了系统运行的稳定性。提出的动态特性系数计算方法结合气体润滑理论与动力学模型,并结合试验测试,可以有效地获得轴承-转子系统的动态特性。     

不同转速下动压气体轴承静动力学特性分析

建立了动压气体轴承非线性气膜力模型,基于DyRoBes-Beperf软件分析了不同转速下动压气体轴承静、动力学特性,如偏心率、最小气膜厚度、最大气膜压力、摩擦功耗、临界轴颈质量、刚度系数、阻尼系数等。结果表明:动压气体轴承主刚度随转速增加呈先减小后增大,同静压气体轴承相似;偏心率对最大气膜压力影响显著;当工作转速低于临界转速时,转速对最大气膜压力影响较大,当工作转速高于临界转速时,转速对最大气膜压力影响不大。     

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。     

透平膨胀机径向动静压混合气体轴承静特性分析

透平膨胀机应用的小孔节流式静压气体轴承的本质是动静压混合气体轴承,这里将动静压混合气体轴承作为研究对象,从动压轴承和静压轴承角度分别研究其工作原理和静态特性。混合气体轴承中气膜压力分布是求解轴承静态特性的关键,采用有限差分法（FDM）对含有气膜压力的Reynolds方程通过MTLAB编写的程序进行求解,分析混合轴承的工作原理并计算其静态特性。对比分析偏心率、转速、长径比和供气压力等因素对动压轴承和静压轴承静态特性的影响。结果表明：增大偏心率、提高转速、增大供气压力,采用轴承大长径比均可以提高动静压混合气体轴承的承载力;增大偏心率和提高转速,可增大气膜刚度,降低转子姿态角,提高转子稳定性。     

基于弹性壳体模型的波箔型动压气体径向轴承动特性分析

波箔型气体轴承的动态纲度和阻尼系数是轴颈偏心率、旋转速度及轴心涡动速度的函数,是进行转子临界转速、不平衡响应计算及稳定性分析不可或缺的基本参数。用摄动法建立波箔型气体轴承动特性系数计算分析的数学模型,应用弹性板壳模型计算波箔及平箔的变形,应用有限差分法及有限元法耦合对模型进行求解,获得波箔型气体轴承的动特性系数。将所得结果与已公布的实验数据对比,证明该模型的合理性和精确性。分析偏心率和轴颈转速对动特性系数的影响,结果表明,刚度系数随偏心率和轴颈转速的增加而递增,阻尼系数随偏心率和轴颈转速的增加而递减。     

具有鸟翼轮廓仿生槽的动静压气体轴承静态特性分析

基于仿生学原理和几何重构法,在动静压气体轴承上设计具有鸟翼轮廓仿生槽,以提高其承载能力及刚度。运用变分法求解雷诺方程并使用FLUENT软件,对鸟翼轮廓仿生槽动静压气体轴承进行静态特性仿真分析,研究轴颈转速、供气压力、偏心率、槽深以及槽偏角对轴承静态特性的影响。结果表明：在偏心率相同时,随着轴颈转速的增加,轴承承载能力和刚度随之增大,随着供气压力的增加,轴承承载能力逐渐增加、刚度逐渐减小;当气膜厚度一定时,随着槽深的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势,随着槽偏角的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势。     

计入气穴影响的径推联合动静压浮环轴承稳定性研究

研究了计入气穴影响的径推联合动静压浮环轴承的动态性能和稳定性.给出了控制径推联合浮环动静压轴承内、外膜的气油两相流变密度、变黏度无量纲动态Reynolds方程及压力边界条件和深腔流量平衡方程;用有限元法对不同转速、不同偏心率下含气率为0和0.1的内外油膜进行了有限元计算,得到各部分的刚度系数和阻尼系数;计算了该径推浮环轴承的稳定性参数.结果表明:气穴使得径向、推力内外层油膜的刚度系数和阻尼系数均有所下降,随着偏心率的增大及转速的提高,气穴的影响程度减小;气穴使得轴承的无量纲临界转子质量降低,因此在供油压力急剧变化时必须考虑气穴的影响.     

基于小孔节流的液体动静压球轴承动态特性分析

以小孔节流方式的液体动静压球轴承为研究对象,建立球轴承的润滑数学模型,推导出层流状态下的Reynolds方程,引入流量守恒原理并结合小孔节流器的流量计算得到油腔和封油边压力分布;采用微扰法推导出扰动压力控制方程,通过有限差分法和松弛迭代法求解扰动压力控制方程得到轴承的刚度和阻尼系数。运用数值分析研究供油压力、转速及油膜间隙等参数对轴承动态特性系数的影响。结果表明,随着油膜间隙减小,供油压力的增大,刚度和阻尼系数会随之增大;随着转速增大,直接刚度变化趋势较小,直接阻尼降低趋势较明显;当油膜间隙为20μm时,轴承刚度和阻尼系数达到最大;转速的提高对于刚度影响较小,而阻尼系数则会明显降低。