计及轴受载变形的粗糙表面轴承热弹性流体动力润滑分析

同时计及表面形貌、热效应和轴承表面(热和弹性)变形等,对轴受到载荷作用产生变形,导致轴颈在轴承中倾斜时滑动轴承的热弹性流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论表面热变形等对粗糙表面倾斜轴颈轴承热弹性流体动力润滑性能的影响.计算中,采用基于平均流量模型的广义Reynolds方程进行轴承的润滑分析,采用变形矩阵方法计算轴承表面(热和弹性)变形,采用能量方程和热传导方程计算润滑油和轴承的温度分布.结果表明,计及表面热变形时,半径间隙对轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、油膜压力和油膜厚度的分布有较大影响;轴承载荷越大,表面热变形对轴承性能的影响越显著;表面热变形对轴承性能的影响程度与转速高低有直接关系,转速越高,表面热变形的影响越大;相比于表面弹性变形,表面热变形对轴承性能的影响较大;表面形貌是否影响轴承性能以及影响程度与轴承表面变形情况有较大关系,仅考虑热变形时,表面形貌有一定影响,同时考虑热变形和弹性变形时,表面形貌的影响非常小.     

船舶可倾瓦推力轴承工况参数对润滑特性的影响

为研究船舶工况参数对可倾瓦推力轴承稳态和瞬态润滑特性的影响,利用Matlab建立船舶可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,考虑轴瓦的热弹性变形,联立黏温方程、能量方程、油膜刚度和阻尼系数方程求解模型,研究热弹性变形以及不同载荷和转速情况下船舶可倾瓦推力轴承的润滑特性。结果表明：考虑热弹性变形时,最小油膜厚度增大,最大油膜压力和最高油膜温度降低;在正常运行工况条件下,轴瓦的热弹性变形有利于改善推力轴承的润滑性能,轴承设计时应考虑材料的抗压性和耐热性;在转速不变时随着载荷的增大,最小油膜厚度降低,最大油膜压力、温度、油膜刚度和阻尼均增加,需要特别注意重载工况下轴承的动压润滑状况;在载荷相同的情况下,随着转速的提高,油膜厚度和油膜温度增大,油膜压力变化不明显,油膜刚度和阻尼随转速增大而降低,在转速较低时下降较为明显。研究结果为优化轴承设计、提高轴承运行的可靠性和稳定性提供参考。     

基于弹流耦合算法的船舶艉轴承润滑特性分析

采用耦合算法研究不同因素对船舶艉轴承弹流润滑性能的影响。以重载工况的船舶艉轴承为研究对象,建立轴瓦三维有限单元模型;通过有限单元法结合耦合算法求解油膜压力、油膜厚度、弹性变形,探讨了弹性模量、轴承间隙、长径比3种影响因素对艉轴承弹流润滑特性的动态影响。结果表明：弹性变形和油膜压力沿周向和轴向都近似抛物线分布,呈现先增后减的趋势,在周向180°附近取得最大值,因此在轴承周向和轴向的中点附近受轴承参数的影响较大,润滑状况需要特别关注;随弹性模量增加,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小厚度均减小,摩擦力和端泄流量同时增加,因此在一定区间内增大弹性模量能有效减小轴瓦产生的弹性变形;随轴承间隙增大,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小油膜厚度均减小,摩擦力和端泄流量变化不明显,因此在轴承安装时需控制合理的轴承间隙,确保轴承处于良好的润滑环境;随长径比增大,最大弹性变形量近似线性增加,油膜峰值压力、摩擦力、端泄流量均减小,最小油膜厚度几乎不变,因此在设计艉轴承长径比时,应综合考虑艉轴承在重载工况下可能产生的弹性变形以及弹性变形对润滑特性的影响。     

弹性变形对大型球磨机轴承性能的影响

研究弹性变形对大型球磨机滑履轴承性能的影响。采用有限差分法求解简化形式的N-S方程,得出油膜压力分布和膜厚分布;借助有限元软件ANSYS分析中空轴和轴瓦的弹性变形。将变形作为油膜变化的条件,油膜压力分布作为变形的条件,进行耦合分析,得出润滑油膜厚度及压力分布。结果表明:考虑中弹性变形时计算得到的最小油膜厚度小于未考虑弹性变形时的厚度,且球磨机四块瓦的油膜厚度分布规律不同,表明中空轴和轴瓦的变形对膜厚分布规律、压力分布及最小膜厚有较大影响,设计时必须考虑弹性变形的影响,以防止出现油膜过薄导致轴承失效。     

卧式水电机组用径向滑动轴承热弹流特性分析

研究轴颈挠度和瓦块表面热弹变形对卧式水电机组径向滑动轴承静态润滑性能的影响。推导考虑轴颈挠度和轴瓦热弹变形后的油膜厚度表达式;用中心差分法结合ANSYS软件联立求解雷诺方程、能量方程、固体热传导方程、密度方程、黏度方程和轴瓦热弹变形等,得到径向滑动轴承的热弹流润滑(TEHD)特性,并与不计入轴颈挠度及轴瓦热弹变形的油膜动压润滑特性进行比较。结果表明:在考虑轴颈挠度和轴瓦瓦面热弹变形的影响后,油膜压力、温度、厚度沿着轴承宽度中心线的对称特性消失;油膜压力峰值增大,峰值点位置由轴向中心区偏移至出口区;油膜温度峰值增大,最高温度发生在出口区;润滑区内的最小油膜厚度大幅度减小,油膜最小厚度处于出口侧边界附近;轴承润滑流量减小,损耗略有增大;轴承稳态运行时,轴颈偏位角基本一致。     

大型重载推力轴承热弹流计算及尺寸效应

针对考虑热弹变形的大型重载推力轴承性能预测和尺寸效应问题,对某大型重载推力轴承进行热弹流计算,研究轴承性能随极端载荷与尺寸的变化规律。介绍可倾瓦推力轴承热弹流模型的基本方程,通过计算得到不同尺寸和比压下的轴承性能数据,讨论大型重载轴承的尺寸效应。结果表明:案例轴承瓦块最高油膜压力应远离瓦尖,靠近瓦块支点,该设计有利于压力分布均匀而提高承载力;对于大尺寸推力轴承,由于变形的影响,当载荷超过某一限制值后,轴承性能会随着载荷的稍微增加而发生剧烈变化,甚至导致烧瓦失效。为了避免该现象出现,推力轴承设计时应该进行最大许用比压校核;对于大型重载,还需进行瓦块弹性支撑或平衡梁等均载结构设计。     

考虑热弹性变形和表面粗糙度的圆柱滚子轴承热弹流润滑分析

运用线接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的圆柱滚子轴承中滚子和内圈接触表面的径向热弹性变形和表面粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和粗糙度影响的圆柱滚子轴承线接触热弹性流体动压润滑分析方法。该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚子和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚子和轴承内圈因油膜温度场变化引起的径向热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及径向热弹性变形量等主要润滑特性,研究了载荷、卷吸速度和滑滚比的变化对最小油膜厚度、最大油膜压力和最大油膜温升的影响规律,结果表明,热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,热弹性变形和粗糙度会对润滑特性产生明显的影响。     

大偏心下滑动轴承热弹流润滑状态及特性*

滑动轴承在大偏心条件下工作时，热效应及弹性变形使得油膜润滑状态发生变化，进而影响摩擦特性。为此建立耦合轴瓦弹性变形、轴颈轴瓦粗糙峰接触、油膜温度分布及黏温-黏压关系的滑动轴承混合润滑模型，采用有限差分法求解得到不同工况下油膜压力场、温度场分布，分析热效应及弹性变形对润滑状态转变及轴承各特性参数的影响；搭建实验台测量试件内表面温度分布，测试结果验证了计算模型的正确性。结果表明：大偏心时热效应和弹性变形使得油膜润滑状态出现转化；粗糙峰的接触使摩擦热增加，且在最小油膜处形成温度峰值；热效应和轴瓦弹性变形使得接触压力峰值集中在轴承两端，承载能力和摩擦力均有所下降。     

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。     

考虑轴颈偏斜的多瓦径向滑动轴承热流体动力润滑分析

建立考虑轴颈偏斜的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,求解轴瓦表面当量弹性变形,计算得到轴颈偏斜时的瓦块油膜厚度、油膜压力分布和瓦面温度分布等,并对比分析无轴线偏斜和有轴线偏斜情况,得到多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热弹流润滑性能差异.结果表明,TEHD模型下,轴颈偏斜会导致轴承油膜厚度、油膜压力和瓦面温度等分布在轴向不对称,并且导致轴承油膜厚度明显减小.     

热效应和弹性变形耦合条件下浮环轴承润滑静特性

当浮环轴承转子系统高速旋转时,油膜温升和浮环弹性变形是不可避免的。为研究油膜温升和浮环弹性变形对浮环轴承润滑静特性的影响,建立浮环轴承热流体动力润滑模型,利用数值差分法联立求解雷诺方程、能量方程、Rolelands黏温方程、浮环弹性变形方程和内外油膜膜厚方程,将油膜压力场、温度场和浮环弹性变形进行耦合分析,得到热效应和浮环弹性变形耦合影响下的油膜温升和浮环弹性变形量。结果表明:浮环轴承内外油膜温升和浮环弹性变形量随着偏心率的增加都逐渐增大;浮环弹性变形降低了内油膜温升,增加了外油膜温升;油膜温升降低了浮环弹性变形量;在耦合条件下内外油膜承载力、端泄流量和摩擦功耗均降低。     

刚性和弹性支撑可倾瓦推力轴承稳态特性分析

建立刚性球头支撑和弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承热弹流耦合模型；在弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承橡胶垫的弹性变形分析中采用了变形协调矩阵方法，以协调匹配橡胶垫变形和水膜厚度分布，同时在搜索稳态解的过程中引入模拟退火算法；基于变分原理求解Reynolds方程，得到了轴承水膜压力分布，并比较2种推力轴承在转子存在角不对中时的静特性。结果表明：理想工况下，刚、弹支可倾瓦推力轴承稳态特性没有明显区别；当转子存在不对中时，刚性球头支撑可倾瓦轴承在不同瓦块之间受力偏载严重，进而导致瓦面最小水膜厚度过小，瓦块容易出现磨损，而弹性支撑瓦不同瓦块之间水膜力分布更均匀，利于轴承的长期可靠运行。     

推力轴承支承方式及间隙影响研究

研究了推力轴承支承方式及油膜间隙对推力轴承性能的影响,利用Newton-Raphson法编制差分计算程序,求得了推力轴承Reynolds方程和二维能量方程的数值解,得到了不同支撑方式下瓦块的油膜厚度、压力分布和温度分布。计算结果表明,点支承扇形瓦推力轴承的热力学性能要好于线支承扇形瓦推力轴承,同时支承处的油膜厚度对瓦块的承载能力影响很大。可以通过控制每个瓦块支承处的油膜厚度,避免推力轴承内部偏载的发生,降低推力瓦块的最大温升。     

多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑分析

考虑轴瓦弹性变形,建立多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑(THD)与TEHD模型的润滑性能差异,分析轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响.结果表明,轴瓦弹性变形导致最小油膜厚度减小、流体动压力的梯度下降,但对瓦面温度的影响较小;THD模型高估了轴承的承载能力,在高速重载的场合,这种误差可能导致轴承润滑失效.因此,在滑动轴承设计中有必要考虑轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响.     

四瓦可倾瓦轴承瓦块摆动特性

以第四代核电机组高温气冷堆氦风机导轴承为对象,系统研究四瓦可倾瓦轴承的瓦块摆动特性。理论推导得出量纲一瓦块摆角取决于轴承结构参数、预负荷和偏心率,但是与轴承间隙比、轴颈转速和润滑油黏度无关。数值分析表明:瓦块摆角特性由瓦块与载荷周向相对位置、预负荷和偏心率决定。轴承结构参数确定时,与载荷正对瓦块的摆角曲线的形状取决于预负荷,预负荷小于0.5时其摆角随偏心率增大先增加后减小,预负荷大于0.5时摆角则随偏心率的增大而逐渐减小;与载荷侧对瓦块的摆角在预负荷较小时随偏心率增大一直增大或减小,预负荷较大时则随偏心率的增大先保持不变然后减小。瓦块摆角对最小油膜厚度影响很大,瓦块摆角可能为负值,从而使最小油膜厚度较固定瓦时的最小油膜厚度偏大。研究结果为氦风机安全运行分析提供了依据。     

考虑热-流-固耦合的径向滑动轴承润滑特性分析

文中建立了一种适用于研究径向滑动轴承实际运行过程中润滑特性的热-流-固耦合模型。模型中耦合了含紊流项的雷诺方程与能量方程，同时考虑轴瓦弹性变形对油膜厚度的影响。通过分析典型径向滑动轴承特性并与试验和已有数值结果比较，验证了文中模型。在此基础上分析了轴承承载力、摩擦力、偏位角等静特性参数及4个动特性系数的变化规律，并通过与单一考虑紊流效应、热效应或弹性变形情况下的结果进行比较，评价各物理效应对轴承性能参数的影响，可为工程中滑动轴承的性能评价提供参考。     

热效应对粗糙表面倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

联立基于平均流量模型的广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程等,计算了计及热效应时,不同表面形貌和轴颈倾斜角下的轴承油膜压力、油膜温度、油膜反力、端泄流量、摩擦系数和保持轴承稳定工作的力矩.考虑和不考虑热效应的轴承润滑特性计算结果表明,计入热效应时,表面形貌和润滑油粘压效应对偏心率较大的轴颈倾斜轴承润滑性能影响较大.     

计入曲轴受载变形的粗糙表面曲轴轴承弹性流体动力润滑分析

对一四缸内燃机曲轴轴承进行了计入曲轴受载变形和表面形貌的弹性流体动力润滑分析.计算中采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴瓦表面的变形.结果表明,表面形貌对曲轴轴承轴心轨迹影响较大,表面弹性变形对曲轴轴承轴心轨迹影响很小;计入表面形貌,曲轴轴承最大油膜压力增大显著,最小油膜厚度明显减小,端泄流量在大部分时间几乎没有变化;计入表面弹性变形,轴承最大油膜压力基本都有不同程度的减小;表面弹性变形对端泄流量、轴颈摩擦因数以及最小油膜厚度的影响甚小.     

径向滑动轴承过盈装配变形的研究

利用ANSYS软件对滑动轴承在过盈装配和油膜压力与温度的作用下轴承套产生的几何变形进行了模拟仿真.以锡青铜材料为例, 分析了油膜温度和压力、轴承过盈量、轴承厚度、轴承座厚度对轴承变形的影响.结果表明:油膜温度对轴承的变形影响较大, 设计时应该考虑;考虑油膜温度和压力作用时,轴承套的变形随着轴承套厚度的增加而增大;但轴承座的厚度和过盈量对此变形影响很小,可以忽略.     

计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析

根据动载滑动轴承热流体动力润滑理论,结合热变形矩阵法,提出一种考虑热变形因素影响时的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,阐述该方法的基本理论和控制方程,探讨热变形因素对主轴承工作时的轴心轨迹、润滑油流量、最大油膜压力和最小油膜厚度等状态参量的影响情况.结合一主轴承实例进行数值仿真分析,仿真分析结果发现,计入热变形影响因素后,同未考虑热变形影响时分析得到的结果相比,轴心运动轨迹发生了很大变化,平均润滑油流量和一个载荷周期内的最大油膜压力均明显增加,一个载荷周期内的最小油膜厚度明显减小,润滑油平均温升则稍有减小.内燃机主轴承在工作时受各种热源因素的影响会产生热变形,在主轴承设计以及内燃机润滑系统供油量设计过程中考虑这种变形因素的影响是很有必要的.