浮环轴承润滑过程的二维数值分析

以流体滑动轴承的润滑理论为基础，分析研究浮环轴承的工作机理和结构参数与性能的关系。对浮环轴承建立力平衡、力矩及摩擦功率损失的方程式，得出轴承内外膜承载能力与相应转速比、间隙比、偏心率等参数之间的关系。绘制出浮环轴承压力、转速比随间隙比等参数变化的曲线图，为浮环轴承的设计提供理论依据。     

浮环轴承结构参数对其动态特性的影响

基于摩擦学和流体动力润滑理论,对浮环轴承的偏心率及动态特性进行了研究。以浮环转速比为切入点推导出了浮环轴承润滑过程中偏心率与结构参数的变化关系,探讨了浮环轴承的动态特性与间隙比、浮环内外半径比的变化规律。结果表明,间隙比或浮环内外半径比的增加都将使浮环轴承总阻尼减小;而总刚度的绝对值随间隙比的增加而增大,随半径比的增加而减小。     

考虑热效应的涡轮增压器浮环轴承动态特性研究

以流体润滑为基础,考虑热效应对油膜黏度的影响,研究涡轮增压器浮环轴承的动态特性,利用DyRoBesBeperf软件建立涡轮增压器浮环轴承的参数化模型,在环速比一定时分析浮环轴承内外油膜压力的分布,以及偏心率、油膜的刚度、阻尼随转速的变化规律。研究表明:在浮环轴承结构参数及载荷一定的情况下,随转子转速的增加,其偏心率下降,Sommerfeld数和功耗均增大,且内油膜的Sommerfeld数、功耗大于外油膜的Sommerfeld数及功耗,因此内油膜承载力大于外油膜承载力;因偏心率随转速的增大而减小,因此油膜等效刚度和等效阻尼下降。     

错位浮环轴承和螺线浮环轴承流体动力特性的比较

采用边界元法,对各种偏心率下错位浮环轴承和螺线浮环轴承的流体动力特性、流场和摩擦损耗进行了分析,并对各种偏心率下错位浮环轴承和螺线浮环轴承的摩擦损耗进行了定量研究,结果表明:在相同偏心率下,错位浮环轴承比螺线浮环轴承承载能力高、摩擦损耗低。     

考虑热效应作用的浮环轴承润滑特性分析研究

针对高速工况下浮环轴承润滑特性的理论预测和实验结果存在偏差的问题,在充分考虑热效应影响的基础上建立涡轮增压器径向浮环轴承的热流体动力润滑模型。该模型的理论计算结果和试验结果基本一致,验证其正确性。研究浮环内外层油膜间隙、浮环厚度和浮环宽度等浮环结构参数对浮环轴承润滑特性的影响。结果表明：在其他参数一定时,外层油膜间隙变大时,环速比和流量将变大,将带走更多的热量,轴承温升降低;内层油膜间隙变大,环速比将变小,但流量增大,轴承温升下降;浮环厚度变大,环速比将下降,但浮环厚度对内外膜温升几乎没有影响;浮环外接触表面宽度越大,环速比下降,温升将变大。     

流体动力润滑状态下浮动套滑动轴承工作机理研究

在流体动力润滑理论的基础上，进行了浮动套滑动轴承的工作机理及结构参数与轴承性能关系的研究。首先根据浮动套轴承平衡条件建立其基本方程，分别利用无限长和无限短轴承理论进行了简化，得出了轴承承载能力与其转速比、间隙比、偏心率等参数之间的关系式。通过计算机上相应程序的开发，绘制出了浮动套滑动轴承的偏心率和承载能力随间隙比和半径比等参数变化的曲线图，为浮动套滑动轴承的设计提供了理论依据。     

考虑热效应作用的浮环轴承润滑特性研究

针对高速工况下浮环轴承润滑特性的理论预测和实验结果存在偏差的问题,在充分考虑热效应影响的基础上建立涡轮增压器径向浮环轴承的热流体动力润滑模型。该模型的理论计算结果和试验结果基本一致,验证其正确性。研究浮环内外层油膜间隙、浮环厚度和浮环宽度等浮环结构参数对浮环轴承润滑特性的影响。结果表明:在其他参数一定时,外层油膜间隙变大时,环速比和流量将变大,将带走更多的热量,轴承温升降低;内层油膜间隙变大,环速比将变小,但流量增大,轴承温升下降;浮环厚度变大,环速比将下降,但浮环厚度对内外膜温升几乎没有影响;浮环外接触表面宽度越大,环速比下降,温升将变大。     

基于质量守恒边界条件的浮环轴承贫油润滑特性理论分析

对浮环轴承贫油润滑机理进行了理论分析。在Elrod算法的基础上,采用有限差分法求解基于质量守恒边界条件(Jakobsson-Floberg-Olsson,JFO)的表征内外油膜压力分布的Reynolds方程,推导内外油膜承载力、流量和注入内油膜的压差注油量的表达式,建立贫油润滑状态下的内油膜压力分布模型。利用Matlab对浮环轴承润滑机理进行了仿真计算,分析静载荷和供油压力对浮动环与轴颈的静平衡位置、内外油膜端泄量与压差注油量的影响,进而讨论贫油润滑状态下轴颈的静平衡位置。结果表明较大的静载荷会产生较大的浮动环偏心率和轴颈偏心率以及内外油膜端泄量,但是压差注油量则会减小。在贫油润滑状态下,内油膜在收敛间隙中发生破裂,承载能力下降,提高供油压力可以明显地增大压差注油量,有效地避免内油膜贫油现象的出现。     

径推动静压浮环轴承特性的有限元分析

研究了径推动静压浮环轴承在高速运转时，计入迁移惯性项的轴承特性。以计入迁移惯性项的非定常Reynolds方程为基础，借助八结点等参元有限元法，求解了径推动静压浮环轴承含有油膜惯性力的特性参数，着重分析轴承间隙、偏心率等参数对计入了迁移惯性项的径向推力动静压浮环轴承特性的影响。     

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。     

浮环弹性变形对浮环动静压轴承润滑特性的影响

浮环轴承在高速工况下运行时,浮环表面在油膜压力作用下会发生弹性变形,影响轴承润滑性能。针对带有深浅腔的浮环动静压轴承,采用有限元法和有限差分法耦合求解油膜Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,采用变形矩阵法求解弹性变形方程,计算浮环弹性变形分布;在浮环平衡的基础上,分析浮环变形对环速比、油膜承载力、端泄流量等润滑特性参数的影响。结果表明：浮环弹性变形分布与油膜压力分布呈现一致性,转速越高,偏心越大,变形越明显;考虑浮环弹性变形,浮环达到平衡状态时,内膜偏心率增加,环速比减小,轴承承载力与摩擦力矩均有所增加;由于浮环变形对内、外膜间隙及流动液阻的不同影响,使得内膜端泄流量增加,外膜端泄流量减少。     

Stability of a New Type of Hydrostatic/Hydrodynamic Floating Ring Gas Bearing

In this paper, a new type of floating ring gas bearing in which a “floating ring” is combined with an “orifice-annular and shallow-pocket” gas bearing is introduced. The stability of this new type of floating ring gas journal bearing is theoretically analyzed by use of the modified 8-stiffness and damping coefficients method. The variation of the dimensionless critical mass of the rotor with a clearance ratio C₂/C₁, mass ratio m₂/m₁, given ring speed ratio ω₂/ω₁, supply pressure P_s, eccentricity ratio of inner film ε₁ and width ratio of the shallow-pocket (l/L)_u is presented. The variations of the dimensionless load capacity of this type of gas bearing with the above-mentioned parameters are also given.     

浮环轴承环速比的试验研究

在浮环转子轴承系统静、动力学分析中,环速比是影响功耗、温升及转子轴承系统的稳定性和可靠性的重要指标。以水作为润滑介质,在工作转速1 000~10 000 r/min,载荷为45、75 N工况下,实验测量浮环轴承浮环的转速和环速比,并研究浮环转速和环速比随主轴转速的变化趋势。实验结果表明:浮环轴承能有效减小轴颈与轴瓦之间的相对速度,环速比与工作转速之间呈非线性关系;在重载工况下环速比随着主轴转速的升高快速下降,有进一步优化设计的需要,以维持环速比稳定,而在轻载工况下环速比随着主轴转速的升高而上升,说明浮环轴承更适合于高速轻载的场合。     

油孔数量对浮环轴承润滑特性的影响

不同油孔数量会改变浮环轴承油膜润滑特性,从而影响转子的振动特性及稳定性。基于流动连续性方程与轴承润滑理论,推导浮环轴承油膜控制方程,揭示油孔数量与浮环轴承润滑特性之间的关系。以某型汽油机用涡轮增压器浮环轴承为例,构建浮环轴承有限元模型,基于计算流体力学方法分析油膜润滑特性,研究不同油孔数量对浮环轴承最大压力、油膜承载力及动力学特性系数的影响。结果表明：浮环油孔数量从2增长到8,内外油膜最大压力、外油膜承载力及油膜动力学特性系数下降,内油膜承载力上升;内油膜承载力在油孔数量为2时随着转速的上升而逐渐下降,在油孔数量为4时无明显变化,在油孔数量为6、8时随着转速的上升而上升;随着转速的上升,油孔对承载力的影响逐渐上升,而对最大压力及动力学特性系数的影响逐渐减小。     

气穴现象对动静压浮环径向轴承压力场的影响研究

由Navier-Stokes方程得出计入惯性项的变密度、变粘度的深浅腔动静压浮环径向轴承的内、外油膜无量纲非定常Reynolds方程,给出深腔压力边界条件和流量边界条件,对不同偏心率下不同含气率的内、外油膜压力场进行了分析。计算表明,深腔气穴使动静压浮环径向轴承的内、外油膜的压力峰值下降,在小偏心率下影响较为明显,对内油膜压力峰值的影响大于外油膜。     

浮环厚度变化对浮环轴承稳定性影响的实验研究

通过对浮环减薄前后实验结果的对比分析,研究了浮环厚度变化对浮环轴承涡动及稳定性的影响,并给出了三维谱图、涡动比与转速图、典型分岔图.结果表明,浮环轴承浮环减薄引起油膜涡动力的变化,在升速过程中,减薄前的浮环轴承稳定性要好;在高速稳态运行过程中,减薄前后浮环轴承稳定性差别不大;在降速过程中,减薄前的浮环轴承稳定性要差.浮环内、外油膜半速涡动现象的涡动比分别接近于0.5与0.3.     

Floating ring journal bearings: theory, design and optimization

The performance characteristics and design data for journal bearings with a precise floating ring inserted between the rotating journal and a rigid housing are investigated theoretically. Based on convenient boundary conditions, a theory has been developed to predict the floating ring behaviour. Performance charts are presented with curves provided with optimum design areas to help in practical design applications. Induced ring speed, hydrodynamic behaviour, oil film variation, load capacity and frictional drag could thus be analytically or graphically determined. Results indicate that the ring dimensions are a dominant factor in deciding the final bearing behaviour and that the oil film thickness between the ring and the housing is much thinner than that between the journal and the ring. The floating ring bearing showed less frictional power loss than a fixed sleeve bearing, but this may have been achieved at the expense of the load capacity.     

Inertia effects in a conical porous bearing with a viscoelastic lubricant

The effects of the inertia and porosity of the bearing material were investigated for conical and squeeze film bearings with a viscoelastic lubricant by the method of averaged inertia. The inertia forces reduce the loadbearing capacity. The porosity of the material decreases the pressure and the load capacity. The effect of the elasticity of the lubricant is to increase the pressure and the load-bearing capacity at any point. The effects of the characteristics of the bearing on the pressure and the load-bearing capacity are presented graphically.     

The effect of lubricant inertia in externally pressurized bearings using a viscoelastic lubricant

The inertia effects in an externally pressurized bearing with a viscoelastic lubricant were considered using the methods of averaged inertia and of iteration. The inertia forces reduce the load-bearing capacity at a given flow rate. The effect of the elasticity of the liquid is to increase the pressure and the load-bearing capacity at any point. The effects of the elastic number S, the volume flow rate Q, the ratio σ of the inner radius of the bearing to the outer radius of the bearing and $\text{H =}\text{h}\text{a}$ on the pressure and the loadbearing capacity are presented graphically. The results obtained by the two methods are in good agreement.     

Effects of Floating Ring Bearing Manufacturing Tolerance Clearances on the Dynamic Characteristics for Turbocharger

The inner and outer oil film dynamic characteristic coefficients of floating ring bearings(FRBs) change due to the manufacturing tolerance of the floating ring, journal and intermediate, which leads to...