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。     

环形油腔液体静压推力轴承动态特性的影响因素研究

液体静压推力轴承的动态特性直接决定了其运行状态的稳定性,而油腔结构和节流方式是影响其动态特性的重要因素。为此,基于小扰动法将环形油腔液体静压推力轴承的Reynolds方程分解成动态方程和静态方程,分别求解得到小孔和毛细管节流方式下其油膜刚度和阻尼系数的解析表达式。同时,通过开展油膜刚度测量实验来验证理论计算结果的正确性,两者之间的相对误差小于15%。理论计算结果显示：对于液体静压推力轴承,环形油腔优于圆形油腔,小孔节流优于毛细管节流。通过分析油腔面积和油腔位置对小孔节流环形油腔液体静压推力轴承油膜刚度和阻尼系数的影响规律发现,当内、外径等基本结构参数确定时,调整油腔的面积和位置可以有效优化该轴承的动态特性系数。研究结果有助于以动态特性为目标的液体静压推力轴承的结构优化设计。     

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。     

混合润滑状态下粗糙界面法向接触刚度计算模型与特性研究

机械装备系统的静态特性和动力学特性取决于系统接触界面法向接触刚度。基于粗糙表面形貌的Greenwood-Williamson统计模型描述与液体润滑界面的油膜共振模型和弹簧模型,推导了机械结构混合润滑粗糙界面固体接触刚度和液体润滑介质接触刚度,并实现粗糙微凸体固体接触刚度与液体润滑介质接触刚度的耦合,提出了一种混合润滑状态下粗糙界面法向接触刚度的计算模型,分析了接触界面形貌参数、润滑介质和接触基体材料属性对界面法向接触刚度的影响规律。结果表明:润滑介质的声阻抗是影响液体接触刚度的主要因素,声阻抗增大时,液体接触刚度减小;接触基体材料的表面形貌和弹性模量是影响固体接触刚度的主要因素,界面粗糙度和弹性模量增大时,固体接触刚度增大。混合润滑粗糙界面接触刚度计算模型的提出,为机械结构润滑接触界面的刚度计算、性能预测与优化提供理论和实验参考。     

倾斜状态下静压油垫承载性能研究

静压转台具有摩擦系数小、承载能力强、使用寿命长等优点。但其在使用过程中受载及变形情况复杂,而转台倾斜或自身变形时油膜厚度的不均分布与油垫承载能力之间的规律依然不明晰。该文根据微元法建立一种引入转台倾角的雷诺方程,用倾角描述转台导轨面与支承油垫封油边的不平行程度,从而计算出油垫各处的油膜厚度,然后基于有限差分法求解出不同倾角时定量式支承油垫的油膜压力分布状态以及油垫的油腔压力和承载能力,并得到油腔工作参数及性能随倾角的变化规律,为静压转台支承分析和油膜失效判定提供基础。     

不同构型的螺旋槽底动压气体止推轴承性能的比较分析研究EI北大核心CSCD

基于螺旋槽动压气体止推轴承的承载原理,利用台阶流原理,为进一步优化轴承特性,增加轴承的承载力和支撑刚度。改进了两种凸、凹槽型结构与平底螺旋槽动压气体止推轴承进行比较,通过采用CFD软件对计算区域进行数值模拟,用理想气体作为试验气体,分析比较了三种不同槽底气体轴承的气膜压力、径向速度、气膜切向力、承载力、摩擦阻力与摩擦功耗。结果显示凸型槽底轴承的承载力随着转速提升的增大程度要大于其他两种槽型,摩擦力、摩擦因数与摩擦功耗也远大于其他两种槽型。     

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。     

微型燃气轮机浮环轴承动力学参数影响因素研究

浮环轴承在高速运转时内层油膜承载力大于外层油膜承载力,在分析浮环轴承稳态内外层油膜压力时,只分析外层油膜压力即可表现出浮环轴承的承载能力.利用转子动力学分析软件DyRoBes与有限差分方法分别对相对重载微型燃气轮机浮环轴承外层油膜压力Reynolds方程进行数值计算,分析并比较其运算结果.由于浮环轴承自身结构的特点,使得浮环轴承内外层油膜刚度和阻尼的相互关系等效于弹簧和阻尼的串联,由此可以算出不同转速下的浮环轴承油膜总刚度和总阻尼及偏心比、轴颈的静平衡位置等影响浮环轴承油膜特性及动力学行为的重要参数,最后利用Routh-Hurwitz判别法分析了对应转速下的油膜稳定性.     

考虑自旋的高速角接触球轴承油膜刚度计算

针对高速传动装置支撑轴承存在自旋运动且影响轴承油膜刚度问题,基于弹流润滑理论与达朗贝尔原理计算姿态角方法,考虑内外圈滚道同时存在自旋时滚动体与滚道接触处最小油膜厚度变化,推导考虑自旋的角接触球轴承油膜刚度计算公式,并进行实例计算,并将计算结果与利用Hamrock-Dowson的不考虑自旋最小油膜厚度经验公式计算刚度进行对比。计算结果表明,随转速的增大,自旋角速度增大;载荷增大,自旋角速度减小,径向载荷对自旋影响较大,轴向载荷对自旋影响较小;考虑自旋后由于自旋运动影响,其最小油膜厚度变小,油膜刚度变大。高速传动装置轴系振动计算时轴承刚度需考虑自旋影响。     

船舶推进轴系的动态模型

根据船舶轴系的结构特点与运动形式,先利用船体与轴承的有限元模型计算了轴系支承处的刚度,然后根据滑动轴承的运动方程,建立了滑动轴承油膜的有限元模型,分析了带有多个滑动轴承的船舶轴系的各轴承位置,并利用船舶系统的动刚度及油膜的动力特性以及螺旋桨的水动力,建立了轴系的动态计算模型,计算了在三个不同转速下轴系的动态响应。与实船测试的结果比较表明,轴系的动态模型是可信的,模型的建立为分析船舶在航行过程中的动态响应提供了方便。     

液体静压导轨单一导轨面内油腔数目的分析

目前液体静压导轨的导轨面内一般设计成对称单行、若干列油腔。油腔的数目(即列数)是液体静压导轨设计中的关键,对导轨的动态、静态性能都有着较大的影响。以液体静压导轨的单一导轨面为研究对象,分别作用垂直和倾覆载荷,推导了导轨的承载能力、静刚度与油腔数目的数学关系式,并进行了相应的分析。以工程中的滑板系统为例,滑板导轨面内分别对称设计单行,2列~6列油腔的五种方案。以滑板的承载能力、静刚度为性能依据,对五种方案进行对比分析,结果发现设计成单行、3列油腔时滑板的性能最佳。     

Effect of couple stresses on static and dynamic characteristics of MHD wide tapered land slider bearing

This paper presents an analytical study on the effect of couple stress on static and dynamic characteristics of wide tapered land slider bearing in the presence of applied magnetic field. A non-dimensional modified Reynolds equation is derived for the bearing under consideration. Closed-form expressions for the steady fluid film pressure, steady load carrying capacity and dynamic characteristics, viz., dynamic stiffness and dynamic damping coefficients are obtained. Numerical computations of the results revealed that magnetohydrodynamics tapered land slider bearing lubricated with couple stress fluid provides higher steady load carrying capacity, dynamic stiffness coefficient and dynamic damping coefficient as compared with the corresponding Newtonian case. It is observed that the presence of applied magnetic field characterized by the Hartmann number in the couple stress lubrication of tapered land slider bearing provides the improved static and dynamic characteristics as compared with the non-magnetic case.     

液体静压支承动态性能新表达式探索与实验验证

液体静压支承具有很多优良性能：高运动精度，低摩擦功耗，小轴心偏移，大承载能力，强抗振性能与长使用寿命等，但这些优良的静态性能必须在上佳的动态性能保证下才能充分显示出来，因此，液体静压支承静态性能保证机床运动与加工精度，而动态性能则保证设备的安全与工作条件。文章根据力平衡与流量连续条件建立支承系统传递函数，导出支承系统动态性能新表达式即稳定性判别、抗瞬态干扰能力、固有频率与在稳态周期干扰力作用下产生的动刚度与最大振幅。通过试验台实验证实，液体静压支承动态性能新表达式计算结果可靠而且物理概念清晰，公式简单，故可用于实际。     

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。     

Optimization of a Flexible Rotor-Sliding Bearing System With a Squeeze Film Damper

A dynamic model of a flexible rotor-sliding bearing system (FRSBS) with a squeeze film damper (SFD) is established. Considered in the model are oil film inertia force, damping force,clearance excitation force, interference force of different frequencies and static load, as opposed to previous research. On the basis of this model, the optimal design of the system is deeply studied. Simulation shows that the system optimization design can effectively improve the system stability.     

Jeffcot转子-滑动轴承系统不平衡响应的非线性仿真

本文用动力仿真法考察了 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子椭圆轴承系统的不平衡响应。计入了轴承油膜力的非线性。仿真计算前,先以非定常雷诺方程和雷诺破膜条件为依据,生成了轴瓦非定常油膜力数据库。用龙格库塔法对运动方程作步进积分,同时反复对轴瓦力数据库进行插值以获得轴承力的瞬时值。考察了支撑于一对椭圆轴承上的 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子的不平衡响应。所得的动力学行为以及转子和轴颈的涡动轨迹,均与线性动力学（以轴承的线性化动特性系数为依据）所得的结果相比较。两者虽在很小的不平衡量下吻合良好,但凡当不平衡量不是很小时就有显著差别。可见有必要计入油膜力的非线性,特别是当需要计算大不平衡量下的不平衡响应时。     

一种新型三维微位移工作台的设计和分析

为了解决微位移工作台的三维耦合问题,设计了一种驱动器固定的三维无耦合微位移工作台.本文介绍了它的结构和工作原理,通过有限元分析计算和样机实测验证,分别在X方向,X、Y方向和X、Y、Z方向施加载荷时,三维微位移工作台在X方向的位移不变,解决了三维空间运动耦合问题;分别在X、Y、Z方向施加不同载荷时,得到了工作台X、Y、Z方向的刚度,验证了工作台的位移、最大等效应力与载荷成正比.样机实测结果与有限元计算结果相吻合,工作台符合设计要求.