考虑扰动频率的可倾瓦轴承动力学建模及数值模拟

可倾瓦轴承瓦块的摆动性增加了系统的自由度,对轴承油膜动力系数计算有很大影响,而目前的研究在计算流体动压润滑可倾瓦轴承油膜动力系数时未考虑轴颈与瓦块扰动频率的影响。针对这一问题,对考虑扰动频率的可倾瓦轴承动力学建模及动力系数计算方法进行研究,提出考虑扰动频率的可倾瓦轴承频率-缩减(Frequecy-Reduced)动力学模型,详细推导考虑扰动频率的可倾瓦轴承频率-缩减油膜动力系数矩阵形式。采用Newton-Raphson迭代法计算给定载荷和转速工况下的轴承的静平衡位置,利用有限元数值方法求解油膜刚度系数与阻尼系数。结果表明,瓦块和轴颈的扰动频率对可倾瓦动压轴承动态刚度和阻尼影响较大,随着扰动频率增大,阻尼系数的直接项增大,阻尼系数的交叉项变化不大;刚度系数的直接项数值减小,交叉项变化不大。     

单可倾瓦动静压轴承的模型及性能调控研究

为了实现精密机床主轴轴承的高刚度及其性能的可调可控,提出了一种单可倾瓦动静压轴承,将普通动静压轴承的一个油腔替换为可倾瓦块,利用可倾瓦的动压及与其油腔的静压共同承载。建立了新型动静压轴承的润滑模型,提出轴承平衡点计算方法,计算了不同工况参数下的轴承性能,包括刚度和最小膜厚。在此基础上,分析了预负荷系数和支点系数对轴承性能的调控规律。通过可倾瓦支点的调控作用,当支点系数0.75、预负荷系数0.5时,轴承的刚度可达到2 700 N/μm,满足机床主轴系统对轴承的高刚度要求。     

分布式双向可倾瓦动静压推力轴承的静动特性研究

针对机床主轴对推力轴承的高刚度与高精度要求,用可倾瓦块代替部分静压油垫,提出了一种由可倾瓦块和静压油腔联合承载的分布式双向可倾瓦动静压推力轴承.首先建立了分布式双向可倾瓦动静压轴承的润滑模型,提出了基于平衡点性能合成的轴承静动特性计算方法.针对案例轴承对节流器的结构参数进行了优化,分析了载荷、转速、单边间隙和预负荷系数...     

支点弹性、阻尼可倾瓦轴承动力特性数值仿真及试验研究

依据考虑瓦块摆动和沿几何预载荷方向微幅振动的可倾瓦轴承完全动力特性的解析模型及其对应的八参数简化动力模型,设计制备了支点弹性、阻尼特性可倾瓦轴承。该轴承通过在瓦块支点与轴承体之间设置弹性垫片,使瓦块支点支撑在弹性垫片上,弹性垫片与轴承体之间存在微小间隙并与轴颈润滑系统共享油路以实现局部挤压油膜效应。根据不同加工工艺,制备了两种形式的新型支点弹性、阻尼轴承,并通过理论计算模拟与试验分析对两种新型轴承的动力特性进行研究。结果表明,支点弹性、阻尼可倾瓦轴承能够增大转子的一临界阻尼,有效提高转子系统稳定性。     

可倾瓦阻尼轴承的开发和应用

为了提高压缩机转子稳定性,降低转子振动和缓解气体激振等情况的发生,在可倾瓦轴承的基础上,研究开发了可倾瓦阻尼轴承;建立了阻尼器的流固耦合力学模型,计算出瓦块支点的刚度、阻尼系数,进而得到可倾瓦阻尼轴承的总刚度和总阻尼系数,并分析转子稳定性,最后通过在产品中的实际应用,验证了可倾瓦阻尼轴承的特性,为可倾瓦阻尼轴承的设计、产品稳定性的提高提供了理论支持与实践经验。     

固定-可倾瓦轴承支撑的转子的非线性动力学特性

以固定-可倾瓦轴承支撑的单盘柔性转子为研究对象,根据转子动力学理论建立了其动力学模型。基于动态Reynolds方程和边界条件,运用Castelli法求解Reynolds方程,在单瓦坐标系下建立了单块轴瓦的非线性油膜力数据库。经过坐标变换,组装计算最终获得固定-可倾瓦轴承的油膜力。在计算油膜力的时候考虑两种情况,即考虑瓦块转动惯量和忽略瓦块转动惯量。首先将这两种情况下转子的运动轨迹进行比较,然后这种分析了考虑瓦块转动惯量时转子的动力学行为,同时也比较了在不同的预负荷和支点比的情况下转子的运动轨迹和可倾瓦瓦块的摆角。     

贯流式水轮发电机组径向可倾瓦滑动轴承的性能研究

详细分析了径向可倾瓦轴承瓦块支点分布情况对轴承性能的影响。结果表明瓦块支点分布位置对低速重载滑动轴承性能影响很大。采用非均布支点布置有利于提高在低速重载条件下径向可倾瓦滑动轴承的润滑性能。     

多瓦可倾瓦径向滑动轴承热润滑性能分析

考虑变黏度、密度的情况,建立多瓦可倾瓦径向滑动轴承的数学模型,用有限差分法求解其热流体动力润滑(THD)模型,分别计算12块瓦可倾瓦径向滑动轴承的最小油膜、压力分布和三维温度场分布,分析不同载荷、不同转速、不同润滑油黏度等对轴承各瓦的热润滑性能影响。结果显示,建立的模型及其计算程序能计算分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热润滑问题。润滑油黏度和转子转速对多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热润滑性能有较大的影响;瓦块绕支点的倾斜以及瓦块所处的角度位置会影响部分瓦块的热润滑性能,出现与普通圆形径向滑动轴承不一致的润滑性能变化。     

流固耦合作用下可倾轴承瓦块颤振失稳研究

以某试验台可倾轴承为对象,考虑瓦块与轴颈之间的运动耦合关系,建立可倾轴承油膜-瓦块流固耦合动力学模型。采用Newmark-β法求解可倾瓦块动态响应,得到升速过程中瓦块摆角及位移的波形、频谱。研究发现,在一定条件下,可倾轴承上瓦块会失去稳定位置,绕其支点作摆动及径向移动,导致瓦块颤振。随着转速升高,颤振幅度增大,一定转速后出现频率锁定现象,增加预载荷可以抑制瓦块颤振。计算和试验观测到的瓦块颤振特征相似。针对某台660 MW机组发生的不稳定振动故障进行了分析,发现颤振导致瓦背制动弹簧断裂,加剧了瓦块颤振,引发大幅振动,进而导致进油边乌金损坏、柱销及柱销孔磨损。通过增加预载荷及更换弹簧,解决了该机组不稳定振动问题。     

支点位置分布对径向可倾瓦滑动轴承热动力润滑性能的影响

径向可倾瓦滑动轴承瓦块支点的分布情况对轴承性能影响很大.本文详细分析了瓦块支点位置分布对滑动轴承热动力润滑性能的影响.结果表明采用非均布支点布置有利于提高在大型低速重载条件下径向可倾瓦滑动轴承的热动力润滑性能.     

大型动静力径向可倾瓦轴承热弹流体润滑研究

用有限元素法建立瓦块3维弹性变形计算模型。针对小包角瓦块支点非均匀布置方式及下方瓦块设有高压油顶起油囊的大型低速重载动静力润滑径向可倾瓦轴承,研究了由于瓦块3维弹性变形对轴承热动力润滑性能的影响。结果表明,在低速重载条件下需要考虑瓦块的弹性变形对动静力可倾瓦轴承热动力润滑性能的影响。     

考虑激振频率的可倾瓦推力轴承动特性理论与试验研究

为了研究激振频率对可倾瓦推力轴承动特性的影响,提出考虑激振频率的动特性建模方法和试验方法。依据可倾瓦轴承刚度和阻尼定义,将激振频率引入可倾瓦推力轴承动特性计算过程,通过建立轴向扰动下的膜厚方程、雷诺方程及瓦块运动方程,推导出包含激振频率的可倾瓦推力轴承动特性数学模型,计算分析刚度和阻尼随扰动频率(激振频率与主轴转频的比值)、转速及载荷的变化规律;采用脉冲激振法在可倾瓦推力轴承试验台进行动特性试验,得到不同激振频率、转速及载荷条件下刚度、阻尼的试验结果,并和相应的理论计算值进行对比分析。结果表明：当扰动频率较小时,可倾瓦推力轴承刚度随其增加而逐步增大,阻尼随其增加而逐步减小;当扰动频率增加到一定程度后,其刚度和阻尼逐步趋于稳定。此外,转速和载荷对其刚度和阻尼随扰动频率的变化幅度基本无影响。     

考虑支点偏置的多孔质可倾瓦轴承静态特性分析

为探究瓦块支点偏置对多孔质可倾瓦轴承静态性能的影响,建立多孔质可倾瓦轴承的热混合润滑模型,应用Fluent软件分析轴承静态特性;采用网格迭代算法和瓦块运动UDF对轴承各瓦块沿枢轴运动及摆动进行模拟,研究偏心率、转子转速、供气压力及枢轴支点偏置对轴承负载能力、质量泄漏量、摩擦扭矩和温升的影响。结果表明：增加轴承支点偏置可提高轴承承载力,特别是在高偏心率、高转速、低供气压力条件下,承载力提高更为明显;在偏心率和转速相同时,适当的支点偏置可显著降低轴承对气体的消耗：但支点偏置会增加摩擦力矩,使转子温度升高,应合理选择支点偏置避免温升对轴承的不利影响。研究结果为多孔质可倾瓦轴承的优化设计提供了参考。     

支点位置分布对径向可倾瓦滑同承热动力润滑性能的影响

本文详细了瓦块支点位置分布对滑动轴承热动力润滑性能的影响。结果表明采用非均布支点布置有利于提高在大型低速重载条件下径向可倾瓦滑轴承的热动力润滑性能。     

汽轮机可倾瓦轴承油膜特性研究

为了研究汽轮机可倾瓦轴承的油膜特性,采用Pro/E建模和ANSYS模拟,选用计算三维模型的湍流SST模型,考虑到瓦块间隙及瓦块相互之间的影响,分析并比较不同瓦数可倾瓦轴承油膜流场的变化,得到可倾瓦油膜特性规律:对于某个瓦块,每个瓦块上的油膜形成一个正压极值中心,且随着瓦块数增加,极值中心向轴瓦支点处偏移,使瓦块上形成两个压力极值。瓦块温度分布较平稳,油膜出口处温升较大;随着可倾瓦瓦块数增加,油膜压力峰值逐渐减小且瓦块之间的油膜压力峰值差减小并趋于平稳,不同轴瓦间油膜温度变化较小。润滑油温升对油膜影响较大,汽轮机运行中可倾瓦四瓦轴承比较稳定,但应严格控制润滑油温升。     

不同瓦面形貌参数的曲面可倾瓦推力轴承动特性仿真研究*

为了揭示瓦块曲面形貌参数对船舶可倾瓦推力轴承动特性的影响规律,建立可倾瓦推力轴承瞬态热流体动压润滑模型,采用轴向扰动法研究轴承刚度和阻尼系数的计算方法并进行了验证。设计6种瓦面形貌,仿真分析不同形貌类型和瓦面弯曲程度对推力轴承动特性的影响规律。结果表明：推力轴承刚度系数随激振频率的增加而上升,阻尼系数随激振频率的增加而下降;在相同激振频率下,仅考虑一个方向的形貌改变,周向瓦面凸起量的增加可以增加油膜厚度,降低轴承的刚度和阻尼系数,但径向凸起量的增加对轴承的刚度阻尼系数几乎无影响;仅考虑径向凹陷时,阻尼系数随凹陷量的增加而增加并可达到最大;当同时考虑周向和径向的形貌变化时,则周向凸起量是轴承主要的影响因素。     

考虑轴颈与轴瓦耦合运动的可倾瓦轴承完整动力学模型的研究

从单块瓦与轴颈组成的子系统在整体坐标系和局部坐标系中的几何关系入手,建立考虑轴颈与瓦块耦合运动的可倾瓦轴承的完整动力学模型。在局部坐标系中,采用二维有限元方法求解油膜力和动力特性系数,通过坐标变换叠加到整体坐标系中从而得到可倾瓦轴承动力特性系数的解析表达式,结合Newton-Raphson迭代法计算给定载荷工况下的轴承的静平衡位置。通过2个计算实例证明提出方法的正确性,同时通过与传统折合动力学模型计算结果的比较,证明可倾瓦非本质稳定的结论。     

固定瓦-可倾瓦动压气体轴承-转子系统的非线性运动分析

针对固定瓦-可倾瓦组合动压气体轴承-柔性转子系统,研究系统的非线性动力学行为。运用微分变换法求解了可压缩气体润滑的Reynolds方程,得到了单块瓦的非线性气膜力,通过组装技术获得了固定瓦-可倾瓦动压气体轴承非线性气膜压力的分布。基于Newmark积分法,运用轴颈中心的运动轨迹图、时间历程图和Poincaré映射图,研究了组合动压气体轴承支承的柔性转子系统的非线性不平衡动力响应。在此基础上,进一步分析了瓦块不同支点比和预负荷系数对转子系统稳定性的影响,结果表明,选取合适的支点比和较大的预负荷系数时,有助于提高转子系统的运动稳定性。     

可倾瓦推力轴承在变载荷下的瞬态润滑性能研究

建立了可倾瓦推力轴承中的油膜厚度方程、瞬态油膜压力方程、瞬态油膜温度方程以及求解油膜力和瓦块力矩的数学模型，提出了基本方程的数值求解过程，研究了可倾瓦推力轴承变载荷下的瞬态润滑性能。结果表明，随着载荷的增大，油膜厚度减小，油膜温升增大。在达到同样载荷时，对于较大的载荷变化率，其油膜温升反而较小。另外，随着载荷的增大，瓦块的倾角也．随之逐渐增大。     

可倾瓦推力轴承系统的稳定性研究

在可倾瓦推力轴承系统中,利用薄膜压力和薄膜厚度的Taylor级数展开式,对瞬态雷诺方程进行了求解,求出了薄膜力和瓦块所受力矩的Taylor级数展开式,建立了镜板和可倾瓦自由振动时的微分方程及其特征方程,以出口处与入口处薄膜厚度的比值,外载荷、瓦块倾角、镜板速度和薄膜动力粘度等为变量,经判断霍尔维茨行列式的值大于零时,表明可倾瓦推力轴承系统具有稳定性。一旦瓦块的支点确定后,出口处入口处薄膜厚度的比值即可确定,而与其它参数无关。镜板和瓦块的运动微分方程可进行解耦合求解。