圆锥液体静压轴承的耦合热态分析及实验研究

针对圆锥液体静压轴承的热效应,分析其生热和传热的机制,指出圆锥液体静压轴承的热态性能属于耦合传热问题,必须综合考虑润滑油、轴瓦、转轴等零件的生热和传热情况。采用ANSYS CFX软件建立圆锥液体静压轴承耦合热态模型,获得轴承温度场的分布及变化规律,并搭建实验平台对模型进行验证。结果表明:热平衡时,圆锥液体静压轴承各处温度差别较大,随着转速的增大和进油压力的减小,轴承的温升增大;圆锥液体静压轴承热态性能仿真计算结果和实验结果吻合,证明采用圆锥液体静压轴承耦合热态模型能够较为准确地获得轴承的热态性能变化情况。     

圆锥液体静压轴承的温升特性分析

针对圆锥液体静压轴承油膜发热的问题,采用积分法推导了绝热条件下圆锥液体静压轴承的平均温升公式,并利用ANSYS CFX软件,对圆锥液体静压轴承的流场和温度场进行了仿真分析。公式计算结果和仿真计算结果吻合良好,通过仿真获得了锥形油膜各点的温度分布。结果表明,转速对油膜温升和温度场分布有一定影响,油膜两端的温升差异较大。对圆锥液体静压轴承的结构设计和工艺参数优化有一定的的参考意义。     

圆锥动静压轴承的优化设计方法探讨

本文探讨了几种常用圆锥动静压轴承的优化设计方法的可行性及应用范围。     

液体静压主轴热态特性多物理场耦合仿真与实验研究

液体静压主轴在加工过程中受热源影响发生热变形,会影响机床加工精度。针对一种超精密卧式辊筒加工机床的液体静压主轴,建立主轴生热与散热的理论模型,采用有限体积法与有限单元法建立主轴的流-热-固耦合仿真模型,考虑油膜区域散热条件,分析主轴工作到稳态下的温度场以及产生的轴向热误差,并通过试验验证仿真模型的正确性和准确性。应用该模型分析主轴转速、供油压力、液压油黏度、油膜间隙以及轴向封油边长度对主轴温升的影响。结果表明,主轴温升随主轴转速、液压油黏度、封油边长度的增大而增大,随供油压力、油膜间隙的增大而减小。因此,在满足主轴性能的前提下,使用较低的主轴转速、较大的供油压力,选择小黏度的液压油、较大的油膜间隙以及较短的封油边长度可以有效地降低主轴的温升。     

基于流固耦合的静压轴承密封性能分析

研究基于流固耦合中的泊松耦合理论,对自行研制的一种用于水轮机的静压轴承密封,建立了密封腔内外流动模型,对密封的工作原理进行了性能分析,得出了密封腔内外的压力变化和速度变化以及位移移动量。     

基于气固耦合的静压气体轴承静态性能仿真研究

为了探究静压气体轴承的静态性能,运用CFD软件进行气固耦合仿真,对可变节流静压气体止推轴承的静态性能相关影响因素进行研究,得到不同状况下的轴承静态性能变化规律。结果表明:可变节流静压气体轴承速度流场变化过渡更为平稳,可有效促进工作时稳定性;提高供气孔压力可以提高轴承的承载力和刚度,同时耗气量会明显增加;增大节流孔的直径可以有效提升轴承承载力,但峰值刚度反而下降,耗气量亦会增加。     

基于多目标优化的圆锥动静压轴承特性分析

以高速圆锥动静压轴承为研究对象,在油膜静、动特性有限元计算基础上建立同时考虑单位承载力下功耗、平均温升和失稳转速的多目标优化模型。根据工况要求,按照重要程度对各优化目标设定不同的加权系数,采用复合形法对优化模型进行了求解。结果表明,当半锥角和封油边宽度明显减小、浅腔包角减小时,圆锥轴承各优化目标均有所改善,单位承载力下功耗和平均温升得到了有效降低,失稳转速则得到提升。研究表明,通过对单位承载力下功耗、平均温升和失稳转速等优化目标设定不同的加权系数,可实现更低温升、更高转速或者更低功耗等设计目标。     

液体动静压轴承的温度场与热变形仿真分析

在基于有限体积法的流体仿真软件FLEUNT中,对层流状态下的液体动静压油膜-轴承这一流固耦合模型进行了数值仿真,得出了动静压轴承的温度分布情况;并进一步在有限元软件ANSYS中对轴承的热变形情况进行了分析计算。结果表明:轴承的最高温升及径向最大热变形随主轴转速和偏心率的增大而迅速增大,随环境温度的升高而减小;而供油压力对轴承热变形的影响不大。且轴承径向最大热变形值和轴承间隙在同一数量级,因此热变形在动静压轴承性能分析中不可忽略。     

圆锥浮环动静压轴承有限元解和试验研究

将静压支承原理和圆锥动压浮球轴承结合起来,提出了一种新型结构的滑动轴承—圆锥浮环动静压轴承,并对此进行了理论分析,有限元计算和试验研究。导出了基本微分,积分方程组,提出了保证浮环启动的设计准则,较好地解决了数值计算中的多重迭代和快速收敛问题,讨论了不同条件下的轴承性能,提示了轴心,环心,环轴速比等的变化规律。理论计算和试验取得了较好的一致,并表明,该轴承兼具加圆锥,动压,静压,浮环滑动轴承之优点,在高速旋转机械领域将有广阔的应用前景。     

基于ANSYS 12.0的静压轴承双向流固耦合分析

静压轴承油膜承载能力的设计和轴承材料的选择对静压轴承的工作性能和使用寿命显得尤为重要。应用ANSYS 12.0软件Workbench,ANSYS Mechanical和CFX的流固耦合功能对某大型球磨机静压轴承进行双向流固耦合分析,校核静压轴承油膜的承载能力和轴承材料的结构强度。     

基于Workbench的高压圆盘气体轴承共轭传热研究

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。基于ANSYS Workbench工作平台的Fluid Flow(Fluent)模块对高压圆盘气体轴承进行共轭传热数值模拟,获得轴承流道间隙内的速度和压力分布、流体域与固体域的温度分布以及共轭传热时流固耦合壁面的热流密度分布,并将其与非共轭传热恒温壁面条件下的计算结果进行对比,得到高压圆盘气体轴承共轭传热的一些基本特性。结果表明：2种情况下的计算结果存在较大差异,非共轭传热恒温壁面条件下,间隙内的气体只吸热,流体域耦合壁面上的热流密度均为正值;而共轭传热条件下流体域耦合壁面热流密度存在正负值,间隙内气体的吸热和放热同时存在,显示出轴承圆盘的热传导与间隙内气体的对流换热具有复杂的共轭作用机制;相比之下,采用共轭传热模型可以得到更为符合实际的结果。研究结果为该类轴承的设计和制造提供了有益的指导。     

锥形毛细芯平板热管传热特性研究

随着机械电子设备的不断发展,热管理问题面临越来越严重的挑战,为解决此问题,根据仿生学原理,以天鹅绒竹芋表面微观凸起结构为设计依据,以纳米尺度铜粉为材料烧结制备锥形毛细芯,构造新型平板热管,并以去离子水为工质对其热性能进行研究。研究加热功率、平板热管放置角度及毛细芯氧化与未氧化等因素对平板热管传热特性的影响。结果表明,由于锥形毛细芯多尺度孔隙结构的存在,不仅实现蒸汽从大尺度孔隙逸出,液体从小孔隙吸入,而且缩短了液体流动路径,减小了流动阻力,同时扩大了换热面积,因此大大提高了平板热管的传热性能。锥形毛细芯平板热管具有较好的传热性能及抗重力特性。毛细芯经氧化处理后可显著减小平板热管的换热热阻,提高平板热管的传热性能,在热流密度为107.1 W/cm2时,其总热阻最小值为0.079 K/W。     

薄膜蒸发器内流体传热性能分析

针对自行设计的薄膜蒸发器，以水为物料，采用大型CFD软件CFX4．4，初步探讨了刮板转速、进料量、进料温度等参量对薄膜蒸发器蒸发段长度和加热段膜内传热系数的影响。研究结果表明，在刮板转速、进料量、进料温度3个操作参数中，对蒸发段长度影响最大的是进料量，其次是进料温度，最后是转子转速；对加热段膜内传热系数影响因素重要度大小依次为转子转速、进料量和进料温度；各参数之间均存在交互作用。     

MEMS工艺微热管传热性能的定量分析

介绍了一种基于硅体加工技术以及阳极键合技术的微热管阵列.通过两种传热模型对微热管的性能进行了分析.利用传统热管理论及经典传热理论对传热性能进行定量计算,将传热过程逐步分解并建立传热模型,对热管热阻进行估算.这种较简易的分析模型可为热管设计提供初步的参考结果.再利用有限元法以同样的参数来模拟热管传热过程以得到更加精确的热阻及热场分布结果,采用Ansys软件来进行有限元的分析.     

基于热网络法的列车轴箱轴承热分析

分析了圆锥滚子轴承的摩擦热来源,在此基础上以脂润滑下的CRH3列车用轴箱圆锥滚子轴承单元130/240-B-TVP为研究对象,通过热网络法建立圆锥滚子轴承的热节点的平衡方程组,采用牛顿-拉夫逊迭代法求解进行热分析,研究了各热节点随着径向载荷和运行速度的变化趋势,并得出了圆锥滚子轴承在工作过程中温度最高点和最低点分别出现在滚子与轴承内圈接触处和主轴上.     

一种典型的静压轴承动态特性分析

用有限差分方法求出线性化的四腔静压轴承的8项动特性系数,并由此分析了典型的毛细管节流静压轴承的动态性能.对静压轴承的稳定性进行了讨论,提出了判定静压轴承稳定性的简明方法.该分析方法及所得数据在实际工作中很有意义.     

基于耦合传热的涡轮增压器涡轮箱有限元分析

基于涡轮增压器涡轮箱传热机理,采用专业CFD软件和FEM软件分别建立了涡轮箱流体区域和固体区域网格仿真模型。在流体域建立多重旋转坐标系,精确计算出涡轮箱流场、壁面传热系数及温度。应用流固耦合的仿真方法对涡轮箱进行耦合传热分析,得到涡轮箱固体域的温度场并对其进行热应力分析。与实验结果对比发现,仿真模型的温度场符合实际涡轮箱温度分布,最大误差仅为3.3%。该涡轮箱耦合传热模型具有较高的精度,为涡轮增压器的设计优化提供了依据。     

液压马达滑靴副倾侧状态下的静压支承特性分析

建立了描述滑靴副倾侧状态下的静压支承特性的数学模型，综合考虑了油液粘温效庆及流体动压效应对流场的影响，在此基础上通过数值方法求解流场控制方程，得到了滑块倾侧角度、曲轴转速以及温升对静压支承性能的影响关系，分析表明，滑靴倾侧对静压支承特性的影响随曲轴转速增大而增大，油液粘温关系对承载力影响较大，对抗倾能力影响不大。