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。     

汽车半轴楔横轧机辊系特性边界元法分析

在三维弹性接触边界元法基础上,根据半轴楔横轧机所采用双列圆锥滚子轴承的特点,开发了半轴楔横轧机滚动轴承边界元法专用计算程序,对汽车半轴楔横轧机辊系在不同结构下轴承载荷分布特性和辊系弹性变形特性进行较系统分析,找到了保证轴承载荷均匀分布和辊系挠度最小的最优辊系结构。研究结果为优化和设计汽车半轴楔横轧设备提供了有效的数值分析方法和理论依据。     

涡轮泵流体静压轴承设计及性能特性分析

针对流体静压轴承在液体火箭发动机涡轮泵中的设计和应用,以现有的滚动轴承支承的涡轮泵转子为应用对象,提出流体静压轴承的参数设计思路,采用粒子群优化算法设计得到支承刚度最大化的轴承结构参数组合,并计算分析所设计轴承的性能以及轴承-转子系统的动力学特性。分析表明：优化设计得到流体静压轴承的承载力和支承刚度可以满足要求,但轴承总流量达泵流量的21%,这会显著降低涡轮泵的总体效率;仅将滚动轴承改为流体静压轴承,而不改变其他结构或布局,转子的稳定性不能满足要求;涡轮泵流体静压轴承转子系统设计时应尽量将轴承布置在转子位移较大的位置,以充分发挥其阻尼作用。     

变截面节流器对空气静压轴承承载性能的影响

为了分析可变截面节流器对空气静压轴承性能的影响,提出了变截面节流器的空气静压轴承模型,通过轴承承载表面弹性薄板的挠度变形实现节流器截面形状的动态变化。建立固体薄板变形和气体润滑的耦合偏微分方程,采用有限差分法和超松弛迭代法对耦合方程进行离散和数值求解。计算结果表明:节流器的截面形状直接决定了数值计算过程中喷嘴系数的大小,与刚性节流器的空气静压轴承相比,变截面节流器的空气静压轴承刚度提高了15%,在较高承载力的情况下能够获得更大的刚度。实验测试结果和理论分析基本一致,变截面节流器的设计方法能够有效提高空气静压轴承的静特性。     

划片机中的新型高刚度动静压气体径向轴承

为了提高精密划片机主轴系统的旋转精度和刚度,设计了一种带有可变节流器与可变均压槽相结合的动静压气体径向轴承,通过气膜压力反馈使弹性薄板产生变形,控制节流器与均压槽参数发生变化,从而提高轴承刚度。详细介绍了该轴承的结构、工作原理与工作过程,并与普通双排八孔动静压空气径向轴承的承载力和刚度特性进行了对比试验分析,结果表明该新型轴承的承载力和刚度均明显高于普通轴承。     

弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究

气弹耦合解是准确预测弹性箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。通过引入箔片的弹性变形以及联立求解动压气体润滑Reynolds方程和弹性箔片的变形方程,给出了弹性箔片动压气体推力轴承的气弹耦合解。应用气弹耦合解理论,将顶层箔片的局部弹性变形纳入考虑范围,对弹性箔片动压气体推力轴承的承载性能进行了计算和分析。有限元数值仿真结果表明:顶层箔片在气膜压力作用下的局部弹性变形直接导致弹性箔片动压气体推力轴承承载能力的降低;根据轴承瓦块上气膜压力分布的特点合理设计支承拱箔的结构形式,可以减小顶层箔片的局部弹性变形,有效提高轴承的承载能力。得到了一种承载能力较高的弹性箔片动压气体推力轴承支承拱箔结构设计方案。     

大型重载推力轴承热弹流计算及尺寸效应

针对考虑热弹变形的大型重载推力轴承性能预测和尺寸效应问题,对某大型重载推力轴承进行热弹流计算,研究轴承性能随极端载荷与尺寸的变化规律。介绍可倾瓦推力轴承热弹流模型的基本方程,通过计算得到不同尺寸和比压下的轴承性能数据,讨论大型重载轴承的尺寸效应。结果表明:案例轴承瓦块最高油膜压力应远离瓦尖,靠近瓦块支点,该设计有利于压力分布均匀而提高承载力;对于大尺寸推力轴承,由于变形的影响,当载荷超过某一限制值后,轴承性能会随着载荷的稍微增加而发生剧烈变化,甚至导致烧瓦失效。为了避免该现象出现,推力轴承设计时应该进行最大许用比压校核;对于大型重载,还需进行瓦块弹性支撑或平衡梁等均载结构设计。     

基于正交试验的静压径向气体轴承数值分析*

以气动涡轮支承结构静压径向气体轴承为研究对象,建立静压径向气体轴承的微分模型,利用工程数值方法计算轴承承载力、刚度和气体质量流量,运用正交试验法研究节流器参数对轴承性能的影响,以及不同优化方向下轴承的综合性能。结果表明：不同的优化方向节流器参数的敏感性不同,以气体质量流量为优化方向明显不符合设计需要,以承载力为优化方向得到的轴承综合性能最好;平均气膜厚度、节流孔直径和数量是影响轴承承载特性的主要因素,节流孔直径越小承载性能越好。     

精密磨床转台静压轴承的强健化设计

针对精密磨床转台静压轴承性能仿真数据与其回转精度实测数据不一致的问题,为提高转台静压轴承的设计水平,提出了静压轴承的强健化设计方法。该方法考虑了轴承结构参数在轴承全生命周期内的变化,分析了半径间隙、油腔尺寸、节流比及润滑油黏度在设计、加工、装配和服役4个阶段的变化规律,重点研究了半径间隙在各阶段对轴承性能造成的影响,给出了转台静压轴承的强健化设计流程。通过一个径向轴承的设计实例对该强健化设计方法进行了说明,并将设计结果与传统设计进行了对比。对比的指标是轴承在4个阶段的刚度、承载力和温升,这3个指标对轴承回转精度有直接影响。研究表明：进行强健化设计后,在生命周期内静压轴承的刚度和承载力的变化量为10%~27%,温度的变化量为0.5%~1.6%,较传统设计更能保证转台回转精度的稳定。     

节流孔分布对矩形止推气浮静压轴承承载力的影响

为了分析矩形止推气浮静压轴承的承载性能,研究节流孔分布结构对轴承承载性能的影响,通过SolidWorks三维建模软件建立了气浮轴承的流场模型。通过FLUENT软件对气浮轴承的流场模型进行仿真分析,求解得到了不同节流孔分布结构的轴承气膜压力分布及其承载力。分析结果表明,在节流孔个数相同的情况下,当分布结构由多组沿圆周方向均匀分布的节流孔组成时,气膜间隙中间的压力更高,气浮轴承的承载力也更大;说明对节流孔分布结构进行优化设计能提高气浮轴承的承载力。     

高速插齿机静压主轴实验设计

根据高速插齿机静压主轴结构,设计出一套实验装置,进行静压支承的承载能力、润滑油压力、油膜厚度以及润滑油流量的测量。通过承载能力及油膜厚度结果,可以推算出支承的油膜刚度,通过实验验证仿真的准确性。     

循环冲击载荷作用下滚滑轴承滚子的润滑特性研究

为探究冲击载荷对滚滑轴承润滑性能的影响,设计一种轮子扁疤系统,以模拟轴承受到的循环冲击载荷,利用数值分析法对比研究冲击载荷作用下滚滑轴承的润滑特性及不同工况对滚滑轴承滚子润滑的影响。结果表明:滚滑轴承的滚子润滑受冲击载荷的影响小于滚动轴承;冲击载荷发生前,滚滑轴承滚子油膜有高于油膜中心压力的第二峰值压力,油膜出口区有明显缩颈现象,随冲击载荷的增大,第二峰值压力虽会逐渐减小,但不会消失;冲击载荷频率越大,最小油膜厚度越大,冲击载荷幅值越大,滚子油膜厚度越薄;滚子油膜厚度随润滑油黏度、转速的增加而增加。     

对数母线滚子光弹流润滑的实验研究

为了研究对数母线滚子凸度量对滚子摩擦副润滑油膜的影响 ,本文在自制的有限长线接触光干涉弹流试验机上 ,测量了中载、富油润滑和纯滚动工况下对数修形圆锥滚子与玻璃盘之间的油膜形状与膜厚。实验结果表明对数母线轮廓滚子的凸度量对其端部的油膜厚度和膜形分布有较大的影响 ,在给定的工况条件下 ,存在一个使滚子轴向油膜厚度最为均匀的最佳凸度量 ,此最佳凸度量比在相同工况条件下用静弹性接触力学方法求得的最佳凸度量大     

Analyses of thermal hydrodynamic lubrication in high-speed rolling. Part I: the effect of the roller's elastic deformation

A study of thermal hydrodynamic lubrication for high-speed strip rolling, which includes the roller's elastic deformation, was developed for a lubricant whose rheological behaviour satisfies the Barus' model. The difference in lubricating performances between an elastic roller and a rigid roller was assessed using parameters such as film thickness and pressure; temperature distributions in the fluid film, roller, and workpiece; separating force and shear torque. The elastic roller was made either of a unique material or its substrate was coated with one layer of a harder material to improve the wear resistance. The elastic deformation of the roller was obtained with the aid of Hitchcock's elastic-deformation theory and the biharmonic equation of Airy's stress function. It was found that the elastic deformation produces a substantial effect on some rolling characteristics.     

热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

相邻滚子间距和错位对弹流成膜性能影响的试验研究

滚动体数量会影响轴承中相邻滚动体的间距大小,而轴承制造和装配误差会造成相邻滚动体错位,这些几何位置因素会影响接触副区的回流补油和油膜成膜性能。利用三滚轮整体加载有限长线接触光弹流试验装置,在给定初始油量下,开展相邻滚子间距和错位距离对滚子弹流油膜成膜性能和补油机制的试验研究。结果发现：使用低黏度润滑油时,增加相邻滚子间距,能够提高滚子端部膜厚,但错位对滚子端部膜厚影响较小;使用高黏度润滑油时,相邻滚子间距大小只对距离端面0.25 mm较近处膜厚有影响,对距离端面1.05 mm较远处的膜厚无影响;随着错位距离的增加,距离端面0.25 mm较近处的成膜性能先增加后减小,而距离端部1.05 mm较远处的膜厚增加。     

轴瓦弹性变形对固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承润滑特性的影响

采用一种新型耦合算法,将有限差分法和3D有限元法综合应用于求解油膜压力和轴瓦弹性变形过程中。与其他算法相比,该算法更为科学、合理,同时具有收敛快、精度高的特点。通过对固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的研究,分析轴瓦弹性变形对油膜厚度、油膜压力、油膜承载力、摩擦阻力及轴承端泄量等润滑性能的影响。研究结果表明,在大偏心率的情况下,轴瓦弹性变形对轴承润滑性能影响较大。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

速度滑移影响下液体静压止推轴承静态性能分析

为了研究微尺度下速度滑移对液体静压止推轴承性能的影响,将速度滑移模型引入传统雷诺方程中,得到修正的雷诺方程;通过求解修正后的雷诺方程,得到速度滑移影响下八油腔液体静压止推轴承的静态性能特性。研究结果表明:速度滑移的存在并没有改变轴承性能的变化趋势,但使得相同油膜厚度下油膜压力、轴承承载力和刚度增大;随着滑移长度的增大,轴承油腔压力、承载力及刚度增大,最优油膜厚度变小;轴承的承载力和刚度随着供油压力的增大而增大,供油压力相同时,速度滑移使得轴承承载力和刚度有一定程度的增大。