计及轴颈倾斜的径向滑动轴承流体动力润滑分析

分析了稳定状态下轴受载变形导致轴颈倾斜时，径向滑动轴承流体动力润滑特性；推导了轴受载变形导致轴颈倾斜时的轴承油膜厚度达式；计算了不同轴颈倾斜角、轴颈倾斜方位和轴承偏心率等情况下的轴油膜压力、油膜反力(承载量)、端泄流量、轴颈摩擦系数和保持轴承稳定作的力矩。结果表明，轴受载变形导致轴颈倾斜时，无论是轴承油膜压力布和最大油膜压力、油膜厚度分布和最小油膜厚度，还是轴承承载量、端流量和保持轴承稳定工作的力矩等摩擦学性能，都有明显的变化。     

基于FLUENT的径向滑动轴承油膜压力仿真

目前,对于不同结构形式的滑动轴承,通常采用差分法或者有限元法来研究轴承的静、动态特性,在建立数学模型时要进行很多简化,往往忽略惯性项、油膜曲率等因素的影响,并且差分法不易对复杂形状的轴承进行特性计算。以外部供油的径向滑动轴承为研究对象,从原始的N-S方程出发,基于CATIA建立了油膜的流场模型,通过FLUENT仿真得到了不同偏心率和不同转速下轴承油膜的压力分布。仿真结果表明:在偏心率一定的情况下,轴承压力值随着转速的增加而增加;在转速一定的情况下,轴承压力值随着偏心率的增加而增加。FLUENT仿真结果与文献中数值计算结果相吻合,为进一步研究滑动轴承的其他性能提供了一种新的方法。     

《机械工程学报》英文版1998年第3期目次、摘要预告

——建立了铁磁性流体自密封润滑滑动轴承静动特性的计算模型。用差分法对轴承的油膜压力方程、温度方程以及轴瓦导热方程进行了联立求解。计算和分析了该型轴承在不同偏心率和不同长径比工况下的静动特性。结果表明,在小偏心率和小长径比条件下,采用该型轴承是可行的轴承油膜温度比有端泄轴承的相应值高,轴承转速是影响油膜温度的主要因素。设计更加有效合理的密封形式并制作磁性更强的铁磁性流体是这种轴承发展和广泛应用的关键。     

偏心轴-轴承摩擦副流体动力润滑仿真分析

分析在偏心轴-轴承系统中,偏心轴受离心惯性力的影响变形而导致轴颈倾斜时滑动轴承的润滑特性,建立回转双曲面滑动轴承油膜厚度数学模型,对比圆柱面和回转双曲面滑动轴承在不同转速下,轴颈的倾斜角度、偏心率、油膜压力、厚度分布及静态性能。结果表明,回转双曲面滑动轴承油膜压力和厚度分布相对圆柱面滑动轴承更加平缓,最大油膜压力和最小油膜厚度分布在滑动轴承中央区域,对轴变形具有更强的适应能力;回转双曲面滑动轴承的静态性能更优,相同载荷下,回转双曲面滑动轴承端泄流量更大,在相同的润滑油洗个黏度条件下,温升更小。     

滑动轴承的压力分布与功耗数值计算

以Reynolds方程为基础，对径向滑动轴承的液体动压力润滑产生的油膜进行压力分布和功率损耗计算分析。从数值上理论推导出无量纲的二维Reynolds方程，并给出Reynolds边界条件；利用有限差分法对二维Reynolds方程进行离散推出其迭代形式，并利用超松弛迭代法求解；以工程实例计算滑动轴承油膜压力分布和功率损耗，并分析了偏心率、宽径比对轴承润滑性能的影响。该方法流程可用于工程中滑动轴承的压力分布和功率损耗计算，有利于设计人员的设计选型。     

可倾瓦径向滑动轴承流体润滑性能分析

本文研究了可倾瓦径向滑动轴承流体润滑性能。推导了可倾瓦径向滑动轴承油膜厚度,得到可倾瓦径向滑动轴承的Reynolds方程,应用Matlab软件计算得到了油膜压力分布、油膜厚度分布,油膜承载力。计算结果表明:轴瓦的油膜压力3D分布呈现抛物面形分布,且下瓦油膜压力最大,油膜厚度最小,当偏心率较小时,承载力缓慢增大,当偏心率较大时,承载力急剧上升。该结论为轴承的设计与选用提供理论依据。     

计入轴变形导致轴颈倾斜的径向滑动轴承流体动力润滑分析

分析讨论了轴 轴承摩擦副系统中,当轴受载变形导致轴颈倾斜时,径向滑动轴承的流体动力润滑特性。推 导了轴颈倾斜时的轴承油膜厚度表达式,计算了不同轴载荷情况下,轴承油膜压力、端泄流量和轴颈摩擦系数。计 算结果表明,轴颈倾斜时,轴承油膜压力分布、最大油膜压力、油膜厚度分布和最小油膜厚度等都有明显的变化。因 此,进行计入轴变形导致轴颈倾斜的径向滑动轴承润滑分析研究是非常必要的。     

贫油工况下滑动轴承弹流润滑特性分析

随着风力发电机组的功率增加,滑动轴承在风电齿轮箱中的使用优势逐渐突显。当风力发电机组内的轴承润滑系统堵塞或供油不足时,滑动轴承将长期处于贫油润滑状态。为了研究滑动轴承的贫油润滑特性,基于Reynolds方程和Reynolds边界条件,考虑油膜压力作用下轴套的弹性变形,建立了贫油润滑状态下滑动轴承的计算模型;对比了计入弹性变形和不计入弹性变形的滑动轴承贫油润滑性能;分析了轴套弹性模量和供油量对滑动轴承贫油润滑性能的影响。结果表明,计入弹性变形后的最小油膜厚度位置位于轴套两侧,更加符合实际情况;随着轴套材料弹性模量的增加,轴颈偏心率逐渐减小,最大油膜压力逐渐增加,最小油膜厚度逐渐增加;随着供油量的增加,轴颈偏心率逐渐减小,最大油膜压力逐渐降低,最小油膜厚度逐渐增加。     

基于有限差分法的径向滑动轴承油膜压力分布计算

滑动轴承广泛应用于旋转机械中,其静动态参数对旋转机械的运转有很大影响。确定滑动轴承的静动态参数依赖于轴承的油膜压力分布,Reynolds方程是油膜压力计算的基础。对于具体轴承参数计算,传统方法是利用已知的给定偏心率和宽径比下的轴承静动态参数进行曲线拟合,通过反推实际轴承的偏心率和偏位角,然后进行压力分布计算。这种逆运算不太方便。基于有限差分法,采用MATLAB软件编程计算,利用实际轴承已知外力和宽径比直接求解完整二维流动Reynolds方程得到油膜压力分布曲线,进一步利用改进方法设计计算实际轴承参数,取得较好的计算精度,使圆瓦轴承参数计算更为简便。     

考虑气穴影响的径向滑动轴承性能研究

建立计入气穴影响的径向滑动轴承的数学模型,以转速、偏心率和长径比为变量,利用FLUENT软件对径向滑动轴承进行仿真,分析油膜的承载力、偏位角、黏性阻力和温度的变化规律。计算结果表明:随转速、偏心率和长径比的增加,轴承最大压力、承载力、最高温度、气相体积分数和黏性阻力增大,而偏位角减少;气穴起始位置随偏心率的增大而前移,这为在实验中观察气穴位置提供参考;偏心率对油膜最大压力的影响大于转速,偏心率越大,油膜最大压力越大;气穴对轴承油膜承载特性有很大影响,结合实验中的油膜破裂现象,认为考虑气穴更为符合实际情况。     

表面织构动压滑动轴承油膜力解析模型

提出一种求解表面织构动压轴承油膜力的解析模型。基于Sommerfeld油膜边界,通过分离变量的方法,求解表面织构动压滑动轴承二阶偏微分Reynolds方程,得到表面织构动压滑动轴承油膜压力解析式。以圆形凹坑轴承为例,在油膜区域通过积分求得织构轴承的油膜力,分析织构参数对油膜压力的影响,研究发现,表面织构位于收敛区域(升压区)的轴承,其润滑与承载性能优于表面织构位于发散区域(降压区)的轴承、全织构轴承以及光滑轴承。对比了提出的解析模型与FDM和CFD模型在不同长径比和偏心率下的计算结果,结果表明,提出的解析模型能准确地描述表面织构动压滑动轴承的油膜力,且计算结果同FDM和CFD模型计算结果基本一致,验证了该模型的正确性。     

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。     

静压孔位置对油膜支承可倾瓦轴承承载性能的影响分析

为了提高汽轮机转子系统中支承轴承的油膜刚度,以三瓦油膜支承可倾瓦轴承为研究对象,研究静压孔相对位置对轴承承载性能的影响规律。建立了油膜支承可倾瓦轴承油膜润滑模型,并运用计算流体动力学方法数值求解三维N-S方程,揭示了不同静压孔相对位置下轴承压力分布、最小膜厚、偏心率、刚度等性能参数的变化规律。分析结果表明：在载荷为890 N的情况下,改变孔的位置可以提高轴承油膜刚度;当静压孔相对位置γ=5°左右时,孔位置接近油膜最大压力分布区,与γ=0°时相比,最小膜厚和偏心率分别减小9.8%和48%,主刚度kyy、kxx接近原结构的1.4倍和1.1倍,此时静压孔位置为相对最优位置区域。依据分析结果开发了新型油膜支承可倾瓦轴承（γ=5°）,通过试验对比分析了普通滑动轴承与新型油膜支承可倾瓦轴承的综合性能,结果表明,高转速时所开发的新型油膜支承可倾瓦轴承具有更好的承载性能与减振性能。研究结果对油膜支承可倾瓦轴承的性能分析具有一定的参考价值,设计轴承静压孔时可根据油膜压力分布规律对其优化以提高轴承性能。     

基于FLUENT的径向滑动轴承紊流润滑特性研究*

为研究计入黏温效应的径向滑动轴承紊流润滑特性,以某汽轮发电机径向滑动轴承为研究对象,基于FLUENT两相流模型建立计入黏温效应的高速、大功率、重载滑动轴承紊流润滑状态下的仿真分析模型;采用Creo软件建立三维油膜模型并导入ICEM软件划分结构化网格,通过编写的黏温方程UDF程序来定义润滑油黏度属性;基于建立的FULENT模型研究定黏度与变黏度条件下偏心率和雷诺数对轴承紊流润滑特性的影响,并将仿真结果与广泛应用的Ng-Pan紊流润滑理论结果进行对比,验证仿真结果的正确性。研究结果表明：考虑黏温效应后,轴承最大油膜压力、最大油膜温度显著降低,承载力、摩擦力有所减小,而摩擦因数、端泄流量有所增加。     

界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响

为研究不同的滑移情况对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响,建立含有圆柱形凹坑织构的滑动轴承在不同界面滑移状态下的摩擦力计算模型,探究影响织构化滑动轴承摩擦力的参数,并借助ANSYS分析不同滑移情况下界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响规律。结果表明:织构化滑动轴承的摩擦力主要是由轴颈线速度、油膜滑移比、轴承的进出油口压力、织构处油膜压力、织构深度、油膜厚度和承载力决定;不同滑移情况下织构模型的摩擦力均小于无织构模型;且在上下表面均滑移时,圆柱形凹坑织构在出口位置时表现出最优的承载和减摩效果;适当地增加圆柱形凹坑织构的深度可以改善模型的摩擦性能,但是过深的凹坑织构并不能发挥出其性能。     

可控节流参数对液体静压轴承特性的影响研究

节流器是液体静压主轴的核心元件,其节流特性对液体静压主轴的刚度和回转精度具有直接影响。针对现有节流器在主轴工作时节流特性不可控的不足,提出一款预压预调型可控节流器。在分析可控节流器工作原理和节流特性基础上,根据流体润滑理论,建立基于可控节流器的液体静压轴承承载性能的理论模型,研究可控节流器供油压力、弹簧刚度和控制油腔压力等参数对液体静压轴承承载性能的影响规律,并与固定节流液体静压轴承的承载性能进行对比。研究发现,在其他结构参数及工作参数一定的条件下,可控节流器能够显著地提高液体静压轴承的油膜刚度;在不同偏心率条件下,可控节流液体静压轴承的最佳油膜刚度对应的节流参数不同。在开发的液体静压电主轴试验台上进行了试验研究,通过对油腔压力和油膜刚度的理论计算值与试验测量值的对比,证实了可控节流方案的有效性。     

表面粗糙度对不对中滑动轴承润滑特性的影响

以活塞式航空发动机滑动轴承为研究对象,综合考虑轴颈倾斜和轴瓦表面形貌等因素对轴承润滑特性的影响,建立滑动轴承润滑分析模型;以高斯随机表面、分形曲面、非高斯随机表面分别模拟轴瓦表面的粗糙程度,分析轴颈不对中和表面粗糙度耦合作用下油膜压力、端泄流量、承载力和轴承力矩等参数随偏心率和转速的变化规律。研究结果表明:考虑轴瓦表面形貌后轴承最大油膜压力变大,最小油膜厚度有小幅度减小;随着偏心率和转速增加,最大油膜压力、端泄流量、轴承承载力、工作力矩均增加;随着偏心率增加,考虑表面形貌时(高斯表面、分形表面、非高斯表面)的轴承油膜压力、承载力、工作力矩均变大;随着转速的增加,考虑表面形貌时的轴承润滑特性均变大,尤其是高斯表面,润滑特性变化较明显。     

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。     

滑动轴承内润滑油流动特性分析与实验研究

针对滑动轴承内润滑油流动复杂的特点,提出基于雷诺方程的滑动轴承内润滑油流动特性的数值求解方法.对滑动轴承内润滑油流动情况进行数值模拟计算,得到不同供油压力下的润滑油流量特性和压力分布,并利用润滑油系统试验台进行滑动轴承缩比实验验证.数值模拟计算结果与缩比模型实验结果吻合较好,验证了数值模拟计算方法的可靠性,同时也验证了缩比模型实验方案的正确性,为进一步分析研究滑动轴承润滑技术提供了理论和实验支持.     

一种可控滑动轴承-转子系统性能计算方法*

针对可控滑动轴承油膜性能计算困难问题,提出一种考虑基础参振的滑动轴承性能计算的动网格模型,阐述网格更新原理,给出可控滑动轴承所支撑转子系统轴心轨迹的计算方法。在滑动轴承-转子-基础系统的性能计算时,该方法保证油膜径向网格线和轴颈表面垂直,能减小轴承油膜性能计算的累计误差。通过不平衡载荷条件下的转子轴心静平衡位置计算结果与油膜力数据库方法、经典数据进行对比,验证了该模型的正确性,并利用该方法分析受正弦位移激励的滑动轴承-刚性转子系统的工频振动情况。结果表明：选择合适相位和幅值的正弦位移激励来控制轴承座,可减小转子系统的不平衡振动。这为基于超磁致伸缩材料的轴承、基于压电陶瓷材料的轴承、柔性铰链可倾瓦轴承等可控轴承-转子系统的性能计算提供了一种新方法。