水润滑轴承水膜压力无线测试系统研究

为了深入研究水润滑轴承特性,需要了解轴承真实的水膜压力分布,而传统的滑动轴承润滑膜压力测试无法获得轴承全周水膜压力的连续分布,且采用集流环作为信号传输媒介,其成本较高、对输出信号干扰较大。针对以上不足,研究并设计了一种无线测试系统,可测量水润滑轴承全周水膜压力,并实时监测水润滑轴系的运转情况。介绍了测试系统组成,包括无线采集发射与接收装置、传感器与信号调理模块、测试软件及水润滑轴承试验台,最后应用此系统对八沟槽水润滑平面橡胶轴承的水膜压力进行测试,并与仿真结果对比分析。结果表明,该测试系统实用性良好,可用于测试其他材料和结构的水润滑轴承的水膜压力。     

水润滑橡胶轴承特性仿真与试验研究

为研究水润滑橡胶轴承特性,采用软件仿真与试验相结合的方法对轴承偏心率、摩擦因数、橡胶变形量、最小水膜厚度、长径比和水膜压力等参数及其与轴转速和载荷之间的关系进行深入探讨。应用Pro/E软件分别建立了轴承及其间隙的3D模型,并采用流固耦合方法及气穴模型在ANSYS和Fluent软件中对轴承动态特性进行模拟。为获得实际工况下的橡胶轴承径向截面全周连续水膜压力分布,研究轴承润滑状态,采用特殊的转轴设计,将压力传感器安装在轴端,并应用无线测试技术对水膜压力信号进行采集与传输。给出水润滑轴承试验台、转轴设计与传感器布置方案,最后应用无线测试系统对八纵向沟槽水润滑凹面橡胶轴承的水膜压力进行测试,并与仿真结果比较分析。研究结果表明,多沟槽凹面橡胶轴承不存在全周完全连续水膜,处于混合润滑状态;沟槽对水膜压力分布的影响较大;轴承某些板条上会出现水囊,形成明显的压力双峰;降低转速或者增加载荷都会增大橡胶变形量与轴承摩擦因数,引起轴与轴承接触。长径比越大,轴承越不容易与轴发生接触。     

水润滑轴承水膜压力损失机理研究

针对已有水膜压力无线传感测试方法中由于设置L型管道从而导致传递过程中水膜压力的损失问题,采用数值分析法建立了水润滑轴承系统管道压力损失数学模型,用ANSYS软件建立了物理模型,通过仿真分析了压力损失机理,并对试验结果进行了校正与分析。结果表明:管道入口处润滑水的流量越高,水膜压力损失越大;轴转速越高,局部压力损失越大;管道越长,L型管道直管段压力损失越大,在动态工况下管道的压力损失与能耗比静态工况下的大。     

非接触式电磁加载水润滑轴承监测系统

在水润滑轴承试验研究中,传统机械或液压等接触式加载方式存在振动、噪声、发热与摩擦磨损等问题,另外,监测系统特别是软件功能还不完善,影响轴系稳定运行与测试结果准确性。针对上述问题,设计了非接触式电磁加载装置（电磁加载力大小及角度均可调节）,并基于LabVIEW开发了水润滑轴承监测系统;应用该系统对水润滑橡胶轴承进行水膜压力测试试验,并将试验结果与仿真结果进行对比,结果表明,系统运行稳定,测试数据可靠,实用效果良好。     

水润滑轴承水膜压力研究进展

水膜压力是水润滑轴承的重要参数。通过对水膜压力的研究,可以获得轴承的其他重要特性,如水膜厚度、轴承承载能力以及润滑方式等,进而确定轴承润滑区域与状态,预测轴承使用寿命。从理论计算、软件仿真与试验测试方法等3方面,对水润滑轴承水膜压力的研究方法进行归纳总结,分析水润滑轴承水膜压力研究目前存在的主要问题以及需要进一步研究的重点,为水润滑轴承特性及润滑机理的研究提供参考。     

水润滑艉轴承综合性能实验平台研究

为实现对水润滑艉轴承及其传动系统的综合性能测试,开发了一种水润滑艉轴承综合性能实验平台,设计了实验平台测试方案,并对其重要部件进行了结构设计和动力学分析,结果表明其结构不会发生共振。该实验平台能模拟水润滑艉轴承及其传动系统的复杂工况,在线检测水润滑艉轴承工作转速、转矩、温度、摩擦特性、水膜压力分布、轴心轨迹、噪声、水膜的动刚度系数和阻尼系数等各项参数,为建立水润滑艉轴承系统实验与评价体系,掌握水润滑摩擦副的承载、失效机理与演化规律、摩擦学性能与动态服役行为等关键科学问题提供实验条件。     

八沟槽水润滑橡胶轴承多参数流固耦合分析

针对某潜艇螺旋桨附近的八沟槽水润滑橡胶轴承沟槽多、橡胶易变形及轴承润滑状态复杂等特点,基于双向流固耦合方法(考虑气穴现象),应用ANSYS软件对凹面及平面轴承进行建模与仿真分析,研究其润滑特性,并进行试验验证。结果表明:凹面轴承承载力优于平面轴承,处于混合润滑状态;平面轴承更易与轴接触,处于边界润滑状态。与刚性轴承相比,橡胶轴承水膜压力变化幅度小,水膜厚度大。     

UHMWPE复合材料水润滑轴承润滑状态转变性能研究

水润滑轴承润滑介质的黏度较低,轴承动压润滑难以形成。研究水润滑轴承润滑状态转变特性,可为水润滑复合材料轴承的设计和优化提供依据。建立水润滑轴承流固耦合计算模型,研究轴承承载力、水膜压力、轴承变形量随工况的变化关系,提出水膜厚度测试方法,研究轴承摩擦因数、水膜厚度随转速、负载的变化规律。研究结果表明:随偏心率和转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量均逐渐增大;随转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量的增幅逐渐减小。试验发现随着负载增大,改性UHMWPE轴承从混合润滑向动压润滑转变的膜厚比逐渐减小。     

大型贯流泵水润滑导轴承数值模拟

利用Fluent软件对某大型贯流泵水润滑导轴承内部流场进行数值模拟,研究了不同转速下轴承水膜压力场分布情况,并分析了相关参数对轴承润滑水量及其静态性能的影响.结果表明:轴承水膜在高低转速下压力分布差异较大;动压效应显著时,轴承内部会产生倒流现象从而降低润滑水量;降低半径间隙、增大转速及供水压力能提高轴承承载力及刚度;降低转速、增大供水压力及半径间隙能提高轴承润滑水量.     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

进水温度对水润滑轴承润滑特性的影响

为研究进水温度变化对水润滑轴承润滑特性的影响,采用有限差分法建立水润滑轴承弹流润滑模型,分析不同进水温度和载荷条件下水润滑轴承润滑特性的差异,并且通过试验验证摩擦因数的变化规律。研究发现：随着进水温度升高,轴承的水膜压力下降,但在水膜压力峰区域最大水膜压力升高、最小水膜厚度减小、偏心率增大,表明进水温度升高对润滑性能有着负面影响;在相同的载荷和转速下,轴承摩擦因数随着进水温度升高而下降,且高载荷下进水温度对摩擦因数的影响更大。通过试验发现进水温度越高对摩擦因数变化的影响越大,不同进水温度下载荷越低,载荷的变化对摩擦因数变化量的影响越大。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

内衬厚度对水润滑橡胶艉轴承摩擦性能的影响

基于流固耦合的基本理论,考虑橡胶衬层弹性变形因素,构建出水润滑艉轴承橡胶内衬有限元模型,利用MATLAB软件数值分析橡胶内衬厚度对水膜厚度和水膜压力的分布状况及摩擦性能的影响规律,并在SSB-100型艉轴承试验机上进行试验验证。研究结果表明:在相同的工况下,随着内衬厚度的增加,橡胶衬层弹性变形增大,水膜厚度增大,水膜压力减小;相应地,流体润滑效果越好,摩擦因数越小;在相同厚度下,随着转速的增大,摩擦因数先减小后趋于平稳。试验结果验证了仿真分析的正确性。     

考虑粗糙度的船舶水润滑高分子轴承弹流润滑性能研究

为了揭示表面粗糙度对船舶水润滑高分子材料轴承润滑性能的影响规律,开展水润滑轴承弹流混合润滑理论研究;建立考虑内衬材料粗糙度和弹性变形的水润滑轴承混合润滑模型,并对模型进行仿真验证;分析内衬粗糙峰对水膜厚度、水膜压力分布和承载能力的影响规律。研究结果表明：在转速增大的过程中,内衬粗糙度的增大会减缓水膜厚度的增幅比,使轴承需要更高的转速来进入流体动压润滑状态;减小轴承内衬粗糙度能有效降低轴承起飞转速,加快轴承由混合润滑转变为流体动压润滑的过程,减小轴承与轴颈的局部接触,降低轴承异常振动噪声发生的可能性。研究结果揭示了内衬粗糙度变化对轴承润滑特性的影响机制,为水润滑轴承的优化设计提供理论参考。     

立式水润滑可倾瓦轴承-转子试验台设计*

第三代压水堆核电站中广泛采用的立式水润滑轴承技术是制约我国核电发展的关键点之一,因此建立立式轴承试验台进行相关试验有重要的工程价值。提出一种包含加载激励约束系统、供水密封系统、测量系统的立式水润滑可倾瓦轴承试验台设计方案;通过比较卧式轴承试验台和立式轴承试验台在加载时对于轴承约束的不同,给出适合立式轴承试验台的浮动轴承约束机构方案;按照相似准则对AP1000核主泵立式水润滑可倾瓦轴承进行缩比设计,在满足Summerfeld数、宽径比和间隙比要求的条件下,设计出适合试验研究的轴承试件。试验结果显示：研制的立式四瓦可倾瓦水润滑轴承试验台,能够实现试验轴承在不同转速和加载、激励工况下瓦面温度、供水压力、静载荷、水膜脉动压力、转轴涡动等的测量,运转状态稳定,可以满足立式水润滑可倾瓦轴承动静特性的研究要求。     

基于MATLAB的轴向开槽水润滑径向轴承性能分析

对轴向开槽水润滑径向轴承的润滑性能,包括动压润滑水膜厚度、压力分布、轴承承载力等应用MATLAB软件进行数值计算与分析.结果表明:轴向开槽轴承压力分布不连续,水槽处压力降低为0;相同几何尺寸的轴承开槽后承载能力比不开槽时的低;槽的宽度越大,个数越多,轴承的承载能力也就越小.     

温度变化对新型混合槽水润滑橡胶轴承润滑特性的影响

为研究新型混合槽水润滑橡胶轴承的润滑特性,采用有限元法建立了橡胶轴承的热流固耦合模型,在考虑不同进水温度和不同转速的条件下,分析了混合槽橡胶轴承与带有T形、V形沟槽的橡胶轴承在衬层变形、水膜压力、流场速度等方面的差异。结果表明:混合槽橡胶轴承能较好地适应水温的变化,解决了T形、V形沟槽橡胶轴承存在的衬层变形大、水膜压力较低的问题,并改善了单一槽型轴承承压区压力峰值急剧变化的问题;随着进水温度的升高,衬层变形量和水膜压力均减小,承载力下降,而且较高转速下承载力的下降趋势比低转速下更为明显;随着进水水温的升高,水的黏性系数持续降低,橡胶轴承的润滑状态变差,轴承润滑状态由混合润滑和弹流润滑状态过渡到完全混合润滑状态。     

橡胶层厚度对水润滑轴承润滑性能的影响

在考虑橡胶轴瓦弹性变形基础上,建立水润滑轴承的弹流润滑模型并进行数值计算,从理论上分析水润滑橡胶层厚度对轴承弹流润滑性能的影响。结果表明:一定范围内,相同材料不同厚度的橡胶轴瓦对水润滑轴承水膜压力和厚度有着较大影响。随着橡胶层厚度的增加,水膜压力减小,水膜厚度增加,弹流润滑效果越好;相应地,水润滑轴承所承受的摩擦力会减少,摩擦因数会出现降低的趋势。     

考虑粗糙度时不同衬层材料水润滑轴承润滑特性比较*

以水润滑轴承为研究对象,考虑表面粗糙度的影响,针对丁腈橡胶（NBR）、赛龙、飞龙、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种新型非金属衬层材料建立润滑数学模型,并推导水膜厚度方程;采用有限差分法,研究考虑实际表面粗糙度时4种新型衬层材料的衬层变形、水膜厚度和水膜压力的变化规律,分析最大水膜压力和承载力随转速的变化,并与表面光滑轴承进行对比。结果表明：考虑表面粗糙度时水润滑轴承的衬层变形和水膜厚度均呈波状分布,衬层变形减小,最小水膜厚度变薄,而水膜压力有轻微的局部突变,最大水膜压力增大,承载力下降;4种材料的变形量和最小水膜厚度由大到小均依次是NBR、赛龙、飞龙、UHMWPE,水膜压力由大到小依次是UHMWPE、飞龙、赛龙、NBR。在相同工况下,NBR衬层材料比其他3种衬层材料相对容易形成润滑水膜,而UHMWPE衬层材料可以保证系统承受较大的承载力。研究结果对水润滑轴承材料选型和加工装配有一定的参考意义。     

表面织构水润滑聚合物轴承承载性能有限元分析

应用ADINA有限元方法,对无织构和有织构水润滑聚合物轴承的承载性能进行流固耦合有限元仿真分析,探讨不同内衬材料轴承在不同转速下的水膜压力分布及承载力变化状况,以及材料弹性模量、转速、水膜压力对凹坑表面织构变形的影响规律。仿真结果表明:内衬材料弹性模量对凹坑变形及水膜压力有重要影响,在相同条件下,弹性模量越大,水膜压力及承载力也越大,因此内衬材料应选弹性模量较大的聚合物材料;在相同条件下,有织构轴承的水膜压力和承载力均高于无织构轴承;轴承发散区的织构布置初始角对轴承承载力分布状况有一定影响,随初始角的增大轴承承载力呈现先升高后降低的变化趋势。