高速高压圆弧齿轮泵滑动轴承油膜特性研究

以用于补偿高速高压圆弧齿轮泵不平衡径向力的滑动轴承为研究对象，在对其进行理论建模和分析的基础上，利用计算流体动力学软件Fluent分析相同工况下不同初始油膜厚度、进油口直径、进油口角度、轴向封油边宽度、油腔深度等结构参数对滑动轴承油膜特性的影响，并在此基础上对轴承结构参数进行了优化，最后通过实验进行验证。研究结果表明：初始油膜厚度和进油口角度对轴承温升影响显著，初始油膜厚度或进油口角度的增加使滑动轴承温升明显减小；轴向封油边的增加使轴承承载面增大，轴承承载力和温升也随之增大；进油口直径取1.7 mm和静压槽深度取1 mm时，使轴承温升达到最低；在负载压力15 MPa、转速6000 r/min工况下，与安装未优化滑动轴承的齿轮泵相比，安装优化后滑动轴承的齿轮泵温度降低5℃。     

螺旋面瓦推力轴承承载能力分析

建立不同结构参数的螺旋面瓦推力滑动轴承润滑模型,并用FLUENT软件进行仿真计算,研究油膜厚度、瓦面螺距以及转速对轴承承载性能的影响规律,为螺旋面瓦推力轴承的设计提供理论基础。结果表明,油膜最高温度随着螺距以及油膜厚度的增加而减小;轴向承载力随着油膜厚度的增加而降低,当最小油膜厚度和转速固定时,存在最优的瓦面升高比使得轴承承载力最大,瓦面升高比为1.4;油膜最高温度与承载力均与转速呈直线型关系;螺旋面瓦的承载力远高于平面瓦。     

考虑黏-温及空穴效应的低速滑动轴承润滑性能分析

在低速重载条件下,温度升高导致的润滑油黏度下降以及局部压力过低产生的油膜空穴,严重影响到油膜压力与承载力等润滑性能。为探究考虑黏-温及空穴效应的低速滑动轴承润滑性能,通过编写黏-温方程的UDF程序,建立滑动轴承的Fluent有限元模型,考虑Mixture多相流模型的空穴效应,系统计算轴承油膜在不同工况下的润滑性能,分析对比偏心率、轴系转速以及黏-温效应的影响作用。结果表明：考虑黏-温效应条件下的油膜最大压力、最大温度、承载力以及空穴区域气穴最大体积分数均小于黏度恒定的情况,轴系转速和偏心率的增大会导致空穴区域最大体积分数的增加。     

不同工况下空穴效应对滑动轴承润滑性能的影响

目前径向滑动轴承的润滑分析一般认为油膜只有正压区,而实际中全周径向滑动轴承的油膜均有负压区存在。基于质量守恒边界条件,对Elrod算法进行改进,得到能自动确定动态边界的控制方程和完整油膜区与空穴区的统一润滑方程;对不同工况下的径向滑动轴承的润滑性能进行数值摸拟,分析空穴效应对滑动轴承润滑性能的影响。结果表明:在相同工况下,计及空穴效应时轴承油膜压力存在区域和分布与Reynolds边界条件的结果相比存在差异;在不同工况下,空穴效应对滑动轴承油膜压力分布和润滑性能存在不同的影响,如使轴承端泄流量明显变化、摩擦功耗略有增加。可见,空穴效应对径向滑动轴承润滑性能的影响不一定都是有利的。因此,在进行径向滑动轴承设计时,综合考虑不同工况下空穴效应对径向滑动轴承润滑性能的影响是非常必要的。     

瓦面环形槽与推力轴承承载性能关系数值模拟

为研究瓦面环形槽对推力滑动轴承承载性能改善的优势,基于计算流体动力学(CFD)理论,建立了环形槽斜平面推力滑动轴承油膜分析模型,通过数值模拟,得到环形槽的平面区域占长比、深度和宽度对环形槽斜平面推力滑动轴承承载性能的影响规律.结果表明,推力轴承的承载力和油膜压力峰值随环形槽在平面区域的占长比的增加呈现先增大后减小的变化规律,并且随着环形槽占长比的增加,轴承温度逐渐下降;环形槽宽度一定时,深度的增加使得推力滑动轴承油膜压力分布明显改变,承载力呈现先增大后减小的变化规律;环形槽深度一定时,轴承承载力随着环形槽宽度的增加而增加;在斜平面推力滑动轴承瓦面增加特定环形槽结构,有利于提升承载性能.     

具有椭圆抛物面织构的滑动轴承性能研究

考虑椭圆抛物面织构,研究其对滑动轴承性能的影响。以径向滑动轴承为研究对象,建立具有椭圆抛物面织构的滑动轴承雷诺方程。采用有限差分对方程进行离散,结合超松弛迭代法进行求解,得到滑动轴承的性能参数值,并与光滑滑动轴承进行对比。结果表明:单一凹/凸表面织构下,随着织构几何参数的变化,承载力和摩擦因数存在相同的变化趋势,与光滑滑动轴承相比,轴承的性能没有得到有效的提升。考虑凹凸复合表面织构,研究其对滑动轴承性能的影响。结果表明,存在最优织构几何参数使得滑动轴承承载力增大,摩擦因数降低,滑动轴承的性能得到有效的提升。     

考虑流固耦合作用的超高速液体动静压轴承油膜特性研究

考虑润滑油的黏温效应对动静压滑动轴承的影响,建立超高速液体动静压滑动轴承的油膜-轴瓦流固耦合模型,采用计算流体动力学（CFD）方法求解连续性方程、能量方程和Navier-Stokes方程组得到动静压轴承油膜的压力场和温度场;采用双向流固耦合分析方法对动静压轴承进行计算,分析轴承弹性形变对油膜特性的影响。结果表明：动静压轴承的油膜压力和最大形变量均随着转速的升高以及供油压力的增加而增大;提高供油压力可以加剧润滑介质的流动,从而在一定程度上降低油膜温度;考虑流固耦合作用之后,动静压轴承的实际承载力和油膜压力均一定程度上减小。     

考虑润滑油黏温效应的动压滑动轴承性能分析

滑动轴承的相关研究很多都基于等黏度的情况下,这与轴承的实际工作情况有较大的出入。使用计算流体力学FLUENT通过编写的黏温方程UDF程序进行动压滑动轴承润滑油黏度的计算,并考虑黏温效应对动压滑动轴承性能的影响,比较等黏度与变黏度情况下动压滑动轴承的油膜压力与承载力、油膜的轴向与周向温度分布。结果表明:在考虑黏温效应条件下,轴承的承载力、油膜压力、摩擦力均小于定黏度条件下,这是由于温度升高导致黏度降低,从而减小了油膜静压力和承载力;在轴承轴向方向上,从油膜中心位置向两端部,油膜温度逐渐升高;在轴承圆周方向上,从收敛区到发散区,油膜温度先升高后降低,油膜温度峰值出现在轴承发散区的端部位置。     

轴颈转速对滑动轴承油膜特性及轴瓦结构特性的影响

为了更加精确地分析高转速下内燃机轴承轴瓦的受力情况,明确不同轴颈转速对轴瓦的受力规律的影响,采用流-固顺序耦合的方法,在滑动轴承油膜的CFD分析模型的基础上,建立轴瓦的有限元分析模型,并基于该模型得到不同轴颈转速下油膜压力、承载力、油膜组分分布以及轴瓦应力、应变随轴颈转速的变化规律。研究结果表明：随着轴颈转速的增加,油膜的压力不断增大,轴瓦载荷不断增加,轴瓦应力、变形逐渐增大;油膜最大压强随轴颈转速的增加几乎呈线性增长,导致轴瓦的最大应力值及最大变形也几乎呈线性增大;随着轴颈转速的增加,润滑油入口附近,润滑油体积分数逐渐减小,油膜破碎区内,润滑油体积分数的梯度更加明显。     

凹槽型织构对钻头滑动轴承表面摩擦学性能影响分析

基于雷诺方程建立表面织构化滑动轴承润滑理论模型,探究不同织构参数(分布角度、深度、面积比、偏斜角度、长度)对钻头滑动轴承承载力和摩擦因数的影响规律.在油膜收敛和最小油膜厚度附近区域布置织构,有利于增加轴承表面润滑性能,而织构布置在油膜发散处反而会减小轴承承载力,增大摩擦因数.织构的最佳织构深度与轴承的工况相关,不同偏心...     

基于CFD的新型斜面推力滑动轴承承载性能分析

基于计算机流动力学(CFD)理论,应用FLUENT软件,建立新型推力滑动轴承油膜润滑模型并进行仿真计算,研究油膜厚度、瓦块倾斜角度及环型油槽位置等因素对新型斜面推力轴承承载性能的影响规律。分析结果表明:新型推力滑动轴承承载力随油膜厚度的减小而增大,且油膜厚度越小,承载力提高越显著;在承载油膜厚度不变时,轴承承载力及油膜压力峰值均随轴瓦倾角的增加呈现先增加后减小的变化规律;环形油槽位置外移轴承承载力增加,合理的环形油槽位置对承载力提高影响显著。     

湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

以动静压气体径向滑动轴承为研究对象,考虑湍流润滑,基于有限差分方法求解引入湍流因子改良的可压缩雷诺润滑方程,计算湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的压力分布,获得轴承承载力、静态刚度、交叉刚度、主刚度、交叉阻尼和主阻尼等表征动静压轴承静动态特性的基本参数,并分析偏心率、槽深、槽数、长径比等结构参数及轴颈转速和供气压力等工况对轴承静动态性能的影响规律。结果表明：连续性狭缝湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的静态特性优于非连续性狭缝;轴承承载力随着偏心率、长期径比的增大而增大,随着槽区长度、槽深的增大而减小,槽数对承载力影响不大;轴承静态刚度随着偏心率的增大先增大后减小,随着长径比、槽深、槽数的增大而增大,随着槽区长度的增大而减小;较大的转速和供气压力有助于提升轴承的承载力和静态刚度;随着偏心率的增大,交叉刚度逐渐增大,主刚度先增大而减小,而交叉阻尼和主阻尼均增大。     

不同衬套材料对油水两相润滑轧机油膜轴承弹流润滑的影响

以轧机油膜轴承为研究对象,利用考虑热效应的Relnolds方程建立了油水两相弹流润滑模型,对比了3种常用衬套材料对轧机油膜轴承润滑性能的影响,结合轧机油膜轴承的特殊工况讨论了不同含水量、主轴转速和轧制力下的油水两相流体的润滑特性。结果表明:3种衬套材料中,巴氏合金的最大压力及中心压力最小,整体膜厚、中心膜厚及最小膜厚值最大,润滑性能最好,最大温度最大,散热性最好,选用巴氏合金作为衬套材料最为合适;油膜进水后随着含水量的增加,最大压力减小,润滑膜入口区的压力增大,最小膜厚增大,润滑性能提升;随着主轴转速增加,润滑膜最大压力减小,入口区压力增大,最小膜厚增加;随着轧制力的增加,最大压力增大,入口区压力减小,最小膜厚减小。     

改进型袋式轴承起动过程试验研究

设计和开发了滑动轴承试验装置,包括数据采集硬件系统和软件系统.在该试验台上进行了改进型袋式轴承瞬态工况下的试验研究,分析了其起动过程中的性能变化.结果表明:改进型袋式轴承油膜温度随载荷和转速的增大而明显升高;轴承油膜温度相对较高,油膜温度最高处出现在下瓦圆弧出口处位置;轴承的压力承载面积大,压力分布较为均匀.     

考虑气穴影响的椭圆轴承油膜压力场研究

通过建立有无考虑气穴影响的椭圆轴承受力模型,应用Fluent模拟分布有无考虑气穴影响的油膜压力分布,分析表明考虑气穴影响时椭圆轴承压力分布结果更合理。分析考虑气穴影响时椭圆轴承在不同轴颈转速和供油压力下压力场分布规律,结果表明:转速越高,椭圆轴承上、下瓦油膜压力和x、y方向的承载力越高;改变供油压力对下瓦油膜压力基本没影响,但上瓦油膜压力和x方向承载力随供油压力增大而增大,y方向承载力随供油压力增大而减小。     

狭缝节流动静压气体径向滑动轴承性能研究

以狭缝节流动静压气体径向滑动轴承为研究对象,采用有限差分方法求解其可压缩气体润滑Reynolds方程,获得压力分布,进而获得轴承承载力、刚度、阻尼等表征滑动轴承静动态特性的参数,并分析偏心率、长径比、槽宽比等轴承的结构参数及供气压力和转速等工况对轴承动静态性能的影响规律。结果表明:在轴承其他参数确定的情况下,连续性狭缝轴承较非续性狭缝轴承具有更大的承载力和刚度;增大偏心率、长径比、供气压力和减小槽宽比均能增加轴承的承载力和刚度;大偏心率、高转速下轴承动压效应突出,可有效提高轴承的承载能力和稳定性能。     

不对中径向滑动轴承微凹槽织构数值分析

为研究凹槽位置、深度、倾斜角和面积率等因素对不对中径向滑动轴承摩擦学性能的影响,基于Reynolds方程建立滑动轴承的摩擦润滑数学模型,采用有限差分法迭代求解不同凹槽微织构参数影响下的油膜压力,计算不同织构参数下轴承的承载力、摩擦力和端泄流量等。计算结果表明:凹槽微织构分布在升压区且轴向占比约50%时轴承承载力较高;相比于光滑轴承,微织构轴承的摩擦力更低,且凹槽的轴向占比和深度越大摩擦力越小;微织构对轴承的承载力具有削弱和增强的双重可能,存在最优的凹槽周向和轴向占比、深度和倾斜角使得轴承在较小摩擦力下具有更高的承载力;凹槽微织构的面积率与轴承承载力和摩擦力呈线性相关;轴承的不对中程度越小时,在光滑轴瓦表面加工合适参数的微织构时越有利于提高轴承的摩擦学性能。     

等差分布微槽平行滑动轴承油膜承载力分析

为提升平行滑动轴承的油膜承载力,在平行滑动轴承上加工了间距为等差数列的槽织构,并建立轴承的油膜模型;基于入口吸入理论和连续性方程,对轴承的油膜承载力进行解析计算。解析解表明,在各个槽都空化的前提下,与均匀分布的槽织构相比,槽间距为等差分布的槽织构能提升油膜承载力,且油膜承载力随织构等差分布的公差的增大呈抛物线形式增大。基于Fluent多相流空化模型,计算了带有等差分布微槽轴承的油膜承载力,并结合解析计算和数值计算结果分析不同因素对油膜承载力的影响。结果表明：在满足空化条件时,解析计算与数值计算结果均显示出相同规律,验证了解析计算的正确性;与均布槽织构比较,在不同压差下,等差分布槽织构最大使油膜承载力提升了32.57%,在不同槽深时,等差分布槽织构最大使油膜承载力提升了24.43%,在不同油膜厚度下,等差分布槽织构最大使油膜承载力提升了27.51%。     

新型动静压差速转台无负压条件下油膜温升特性

新型动静压转台运转过程中,静压腔外槽区可能出现负压使得动压油楔供油不足,影响油膜温升特性分析的准确性。为准确研究转台油膜的温升特性,通过FLUENT计算不同供油压力条件下,不同油膜厚度在静压腔外槽区不产生负压时对应的最大转速,并利用MATLAB拟合出相应的最大转速-膜厚曲线,得出随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜在静压腔外槽区不产生负压时所能达到的最大转速均逐渐增大的结论。在保证对动压螺旋油楔供油条件下,研究转速、供油压力和油膜厚度对油膜温升特性的影响。结果表明:转速对油膜温升的影响较明显,随着转速的升高油膜温度逐渐升高;随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜温度逐渐减小,而且油膜厚度和供油压力越大,低转速时油膜温升越不明显。     

基于Fluent两相流空穴模型的三油槽轴承油膜特性分析

计入空穴效应,运用Fluent两相流模型分析三油槽滑动轴承湍流状态下的油膜特性,研究不同进油压力和润滑油黏度对油膜承载力和气穴的影响。研究表明:提高进油压力可以提高轴承的承载力、减少空穴区域的面积和高比例的气穴,从而防止完全空化的发生;润滑油黏度的增大虽然增加了轴承的承载力,但也加剧了油膜发散区域的空穴现象,并且增加了高比例的气穴比例,在实际应用中应合理地选择润滑油的黏度。