弹簧支撑多叶油润滑箔片轴承动态特性研究

以提高油润滑箔片轴承承载力为目的,提出了一种新型带有弹簧弹性支撑结构的多叶箔片轴承;基于卡式定理建立了弹簧支撑箔片结构弹性变形模型,给出了弹性支撑结构与悬臂弯曲梁的整体柔度矩阵;通过有限差分法求解了稳态不可压润滑雷诺方程,获得了给定转速、给定载荷下轴承的静平衡位置;基于扰动法获得了该轴承的动态雷诺方程,并通过数值仿真研究该新型箔片轴承的动力学特性,分析了弹簧支撑结构箔片轴承刚度和阻尼随Sommerfeld系数、载荷的变化规律。搭建了油润滑多叶箔片轴承动态特性的试验台,并开展了相应的实验验证研究。结果表明,随着载荷的增加,主刚度、主阻尼均减小;实验测得的动力特性系数普遍比理论计算值大,趋势相近。     

某型立式给水泵机组水润滑轴承—转子系统的动力学特性分析

针对某型立式给水泵机组的水润滑轴承—转子系统的动力学特性展开研究。建立立式给水泵机组的水润滑轴承的动力学分析模型,针对不同工况下的膜厚比判断水润滑轴承所处的润滑状态。根据不同润滑状态下水润滑轴承不同的动力学建模方法,分析相应的水润滑轴承—转子系统动力学特性,并对比二者之间的差别。分析结果对立式水润滑轴承—转子系统的结构设计具有一定的指导借鉴意义。     

摩擦激励下螺旋桨推进轴系自激振动特性分析

水润滑轴承摩擦诱导的螺旋桨推进轴系振动是造成舰艇艉部高频振动噪声的重要诱因。针对摩擦诱导的螺旋桨推进轴系非线性自激振动特性进行研究。基于拉格朗日方程和模态叠加方法建立摩擦激励下螺旋桨推进轴系的非线性动力学方程,轴承—轴颈的动摩擦特性采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型进行描述,同时考虑非线性摩擦、扭转振动和横向振动的耦合作用。运用Newmark-β和Newton-Raphson迭代相结合的方法求解系统非线性动力学响应。分析结果表明,在摩擦激励自激振动作用下系统动力学特性均被激发,系统的弯扭耦合振动特性易诱发螺旋桨推进轴系产生摩擦自激振动现象。     

连续粘变条件下的速度场分析

流体的流动状态将直接影响轴承的润滑特性，轴承的润滑特性主要由润滑剂的粘度决定。工作中润滑剂的粘度变化影响其运动速度的变化，从而影响润滑剂的温升及内剪切稀化的程度等。尤其在薄膜润滑中，润滑膜的厚度极小，润滑剂流体粒子间的相对运动速度增大，其润滑剂特性的变化更为突出。以连续变化的粘度修正模型来研究在微小间隙内润滑剂的速度特性，得出间隙内速度的分布规律，为研究薄膜流体温度场和剪切稀化问题提供计算数据。     

分布式摩擦激励下轴系振动研究

针对含水润滑橡胶轴承轴系在摩擦激励与弯扭耦合作用下产生自激振动并诱发异常噪声、而常用的点支承模型无法用于分析轴承分布支承力及轴承倾斜等因素对轴系振动影响,采用分布式轴承支承模型及速度依赖型Stribeck摩擦模型,利用拉格朗日方程及模态展开法建立摩擦激励下轴系动力学模型。用数值仿真研究轴系非线性振动与系统物理参数间关系,探讨接触力、转速、轴承倾斜等因素对轴系响应特性影响。结果表明,在相同摩擦系数、接触力、转速条件下轴承倾斜会使轴系更易产生自激失稳。     

横向振动圆柱体在流体中的动力学特性

根据文献报道的圆柱体在无限域流场中横向振动时受到的流体作用力解析表达式,通过归纳定义和无量纲化处理得到了代表圆柱体在流体中动力学特性的无量纲动力附加质量和无量纲动力附加阻尼表达式,又通过分析各种因素对动力附加质量和动力附加阻尼的影响,研究了圆柱体在无限域流场中横向振动时的动力学特性。研究发现,圆柱体在流体中的动力学特性主要表现为动力附加质量和动力附加阻尼,而没有动力附加刚度,动力附加质量和动力附加阻尼均由反映流体流动滞流特性的滞流项和反映流体流动湍流特性的湍流项两部分组成,在不同流动状态下二者在总和中所占的比例不同,滞流主导状态下滞流项占主导,湍流主导状态下湍流项占主导。进一步分析表明,流体密度、流体粘度、圆柱体半径及圆柱体振动频率均对圆柱体在流体中的动力学特性有重要影响。     

水润滑动压滑动轴承建模

分析水润滑动压滑动轴承的特点,并建立相关方程和边界条件,对其进行量纲一化。为精确求解紊流状态下微小润滑水膜的压力场、速度场、温度场建立数学模型,为该轴承的进一步数值计算和流场的热动力学分析奠定理论基础。     

计入应力偶效应和空化效应的滑动轴承热流体动力润滑数值研究

基于应力偶理论和Elrod空化算法建立了滑动轴承热流体动力润滑数学模型，数值求解了应力偶流体的Reynolds方程、油膜能量方程及轴瓦热传导方程，考察了应力偶效应对滑动轴承热流体动力润滑性能产生的影响。结果表明：应力偶流体明显地提高了油膜压力，降低了轴承摩擦系数，同时也使端泄流量和轴承的温度场有所改变。     

水润滑橡胶轴承摩擦特性和水膜刚度试验研究

针对水润滑橡胶轴承摩擦特性与轴承尺寸之间的关系开展试验研究,采用轴承试验台分别测试两种规格尺寸的水润滑橡胶轴承摩擦特性,对摩擦特性进行数学建模并进行比较。同时测试水润滑橡胶轴承水膜刚度,探讨转速对水膜刚度的影响。试验结果表明,基于缩比轴承的试验数据可以推广到原始尺寸轴承,摩擦系数随轴承尺寸的增大而增大;转速对水膜刚度几乎没有影响,动压润滑状态下的水膜刚度远高于主轴和橡胶轴承的串联刚度。     

求解线接触热弹流润滑问题的多目标最优化方法

本文给出了求解线接触热弹流润滑问题中线非线性方程组的多目标最优化方法，该法把求解润滑油膜压力函数和油膜厚度函数的微分方程转化成为求解一个双目标优化问题，求得了压力和膜厚的解析解，所得结果符合热弹流润滑的经典理论。     

拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

圆柱滚子轴承混合润滑状态下的超声法膜厚测量

圆柱滚子轴承由于其线接触特点被广泛应用于各类低速重载工况下的大型设备中,其运行性能和稳定性与滚子和内外圈间的接触润滑状态密切相关;基于等效刚度的超声法可用于实际工况的滚子轴承弹流润滑油膜厚度测量,但无法直接适用于低速重载工况下流体润滑和粗糙峰接触共存的混合润滑状态膜厚测量。为此,提出了一种混合润滑状态下的超声测量方法,建立了界面油膜刚度和粗糙体接触刚度的并联模型,通过引入接触系数并结合经验公式对超声法所测界面总刚度进行分解,获取混合润滑状态下的油膜刚度,进而得到更加准确的油膜厚度。将实验结果和理论结果的对比分析,验证了该模型的可行性和有效性。     

基于热流固耦合的液膜密封动态追随性分析

为研究热流固耦合下液膜密封动态追随特性,基于小扰动法及热动力润滑理论,考虑非补偿环轴向振动、角向偏摆,建立补偿环三自由度运动方程,对比并分析纯流场和热流固耦合模型下力学元件参数、操作工况参数、结构参数对动态追随性的影响。结果表明：在热流固耦合模型下求解的液膜密封扰动量略小于纯流场模型下求解的扰动量;增加激励振幅,弹簧刚度和O型圈阻尼均会导致扰动增大,动态追随性变差;减小转速、增加介质压力会导致动态特性系数增加,有利于提高动态追随性;减少槽数会提高动态追随性,且在槽数给定时,槽深17μm,槽坝比0.8,螺旋角22°的结构参数设定会得到更好的动态追随性。     

橡胶轴承耦合转子系统动力学研究

讨论橡胶轴承支承下大型转子系统的动力学建模和动力学特性。首先采用Kelvin-voigt材料模型和微振动假设,建立橡胶轴承的力学模型,然后根据分析力学方法推导橡胶轴承耦合转子系统的运动微分方程。通过对典型推进轴系的动力学分析表明,在一般情况下系统的低阶模态是以螺旋桨振动为主,螺旋桨的不平衡所引起的稳态响应,即使在转速较低时,螺旋桨轴承的振幅有可能比水润滑橡胶轴承的水膜厚度要大,可能造成橡胶体与轴颈间的“粘着 - 滑动”,进而发生鸣音现象和橡胶体的磨损。     

轴颈倾斜下船用复合衬层艉轴承混合润滑特性分析及结构优化EI北大核心CSCD

船用艉轴承支撑着悬伸于船外的螺旋桨轴,由于螺旋桨的重力作用,其轴颈中心线不再平行于轴承孔中心线,而是在竖直平面内发生倾斜。轴颈倾斜使轴承膜厚及压力沿轴向不再均匀分布,显著降低轴承承载能力,使之处于混合润滑状态,且易导致碰磨、严重磨损甚至轴瓦烧焦等问题,严重危害轴系服役安全。为提高轴颈倾斜下水润滑艉轴承的性能,改善压力分布,提出了一种采用复合衬层的轴承设计方法,以高分子材料作为承载表面,在高分子承载层与金属外壳之间加入橡胶层,橡胶层为等厚或非等厚结构。在此基础上建立了复合衬层水润滑轴承的混合润滑模型,分析了单一衬层结构、等厚复合衬层结构及非等厚复合衬层结构下的轴承性能。结果表明,对于处于混合润滑状态的水润滑轴承,复合衬层改善了压力分布、降低了摩擦因数和混合润滑状态过渡到流体动力润滑状态时的转速,而非等厚复合衬层对润滑性能具有更显著的改善作用。总结得到非等厚复合衬层轴承最优橡胶层厚的拟合公式,并给出了公式的适用范围,公式形式简洁,便于应用于轴承设计计算。相关工作为船用轴承优化设计和承载能力提升提供了新思路。     

液膜密封振动及冲击动力学特性

液膜密封运行过程因工况瞬时变化、系统振动及润滑不足等因素易引发端面接触冲击,严重影响密封寿命。建立考虑端面接触的液膜密封动力学模型,采用直接数值求解方法对运动方程、质量守恒空化边界雷诺方程、微凸体接触方程在全时间域内耦合求解,研究了液膜空化、轴向扰动及运行工况瞬变对密封稳定性与冲击特性的影响。结果表明:液膜空化有效提高了系统抗干扰能力,膜厚越小,受扰动后震荡频率越大且恢复至稳定状态的时间越长;发生端面冲击时膜厚振动频率显著大于全液膜状态下所受扰动情况。随转速及密封腔压力变化值的不断扩大,接触载荷值及冲击频率均不断增大,冲力响应越显著,在端面接触发生瞬间有明显的速度方向突变。     

格子玻尔兹曼方法在微观流场分析中的应用

为了探究大型重载水轴承微观流场的状态,采用无网格的粒子法—格子玻尔兹曼方法建立水润滑轴承微凸体的微观界面简化模型,探究轴承表面相邻的微凸体间的流体运动状态,分析流体的流线分布、压力分布以及在微凸体内形成的涡。研究结果表明该方法对于研究水润滑轴承微观流场的流体特性是可行的,为水润滑轴承动态特性计算和微观机理的探究提供了新的研究思路,为水润滑轴承微观界面进行深入研究提供一定的参考。     

载冷剂低温热物性测试方法综述

航天器内的温度通过热控制系统中载冷剂的强制对流换热来调节。在研制和选择载冷剂时,根据载冷剂的性能要求,需要对流体工质在低温下的热物性参数进行测量。对现有的载冷剂物性测试方法进行了综述,总结了测量载冷剂密度、凝固点、沸点、黏度等参数的方法,并通过比较得出绝热量热法是低温下测量液体比热容的最佳方法,径向热流法适合于低温下测量液体工质的导热系数。     

涡轮增压器动力学建模及振动特性研究

采用结合有限元法(FEM)的多体动力学方法,对某车用浮环轴承涡轮增压器进行多体系统仿真模型的建立:以模态综合法为基础,建立增压器壳体与转子的柔性体子结构模型;以广义不可压缩雷诺方程为基础,建立增压器浮环轴承的EHD弹性液力润滑模型(Elastic Hydro-Dynamic)。计算得到内外油膜压力、转子振动特性以及增压器壳体表面振动速度,并进行实验验证。结果表明,采用柔性体多体动力学与EHD轴承润滑模型相结合的建模方法能够有效用于增压器的振动特性分析,该方法的应用也为研究增压器同步、次同步振动与噪声问题提供了理论依据。     

轴承/密封耦合作用下流体激振特性研究

以转子—轴承—密封系统为对象,建立轴承/密封耦合作用对系统动力特性影响的有限元模型。分别应用有限差分和CFD方法对轴承、密封动力特性系数进行求解。理论研究表明密封对转子不平衡响应的影响主要集中在共振区域。通过在密封入口引入负预旋可以提高系统的稳定性,密封气流力对系统稳定性影响随转速的升高也越来越大。通过选择合适的轴承型式可以补偿密封气流力对系统稳定性带来的不利影响。试验发现随着转速增加,试验转子在5 000 r/min附近时开始出现比较明显的半频分量,而且随着转速继续增加,半频分量的幅值变大。密封流体激振力的存在促进轴承内油膜失稳故障发生,影响系统稳定性。