基于格点型有限体积法的滑动轴承油膜压力特性分析

为将非结构化网格技术应用于滑动轴承的油膜压力分析,提出将格点型有限体积法应用于雷诺方程的求解,采用形函数导数的方法计算压力梯度,采用多重网格法求解方程组,进而得到轴承的液膜压力分布。通过与相关算例的对比和分析,验证了格点型有限体积法的适用性、精度及对非结构化网格的适应性,并对不同网格类型下的计算时间进行了对比,随后将该算法应用于内燃机主轴承油膜压力的求解,结果表明,增大偏心率会导致油膜压力会逐渐增大,而增大倾斜角会对油膜压力分布产生较明显影响。     

紊流滑动轴承油膜承载力的近似解

随着旋转机械向高转速、大功率方向发展,作为支承的滑动轴承越来越多地工作在紊流工况。为了能够快速准确地分析其润滑性能,给出了基于Sommerfeld和Ocvirk数的一种有限长紊流滑动轴承非线性油膜承载力的近似解析表达式。通过采用多参数摄动原理对有限长紊流滑动轴承润滑的Reynolds方程进行了求解,计算得到了滑动轴承的油膜承载力,并与有限元法计算的结果进行了比较,验证了基于多参数摄动原理求解紊流滑动轴承承载力近似解析方法的正确有效性。在此基础上,分析了偏心率、宽径比对滑动轴承的轴承承载力以及压力分布的影响。计算结果表明该近似解析方法适用于求解各种宽径比轴承的油膜承载力,尤其在较大的偏心率和载荷范围内适用。     

基于几何条件的可倾瓦轴承油膜边界条件判定方法

针对可倾瓦轴承的雷诺方程,基于瓦块几何模型获得各个瓦块的边界条件,利用轴心、各瓦块中心与轴承之间的耦合关系,采用有限差分法计算分析油膜压力的分布。理论推导表明,瓦块的位置仅由瓦块预置参数、轴心的位置决定;数值结果表明,轴承的承载力随偏心率增大呈增大趋势。结合具体算例看出,当轴颈位置确定时,可确定各瓦块实际偏位角和偏心率,进而可对各瓦块方程分别进行求解。建立一种可行的边界条件确定法则,为可倾瓦轴承的建模提供了理论依据。     

不同润滑介质下气体静压轴承气锤自激振动研究EI北大核心CSCD

为研究不同润滑介质对气体静压轴承气锤自激振动的影响,耦合时变的气膜流场控制方程、流量平衡方程和转子受力方程建立了轴承系统的单自由度气锤振动模型。利用有限差分法数值求解模型,得出气膜振动速度瞬态响应曲线用来判定轴承稳定性,并通过试验验证了模型的可靠性和程序的有效性。计算结果表明:使用氙气可以有效降低气锤自激振动的发生;对于氙气和空气的混合气体,随着氙气体积比的增大,气膜振动速度曲线衰减趋势加强轴承稳定性提高,轴承支撑力增大,且供气压力越高支撑力增大幅度越大;当氙气体积比从0增大到0.6时,轴承支撑力快速增大,临界供气压力也持续提高,当氙气体积比超过0.6后,轴承支撑力和临界供气压力增长缓慢,结合成本考虑,氙气体积比为0.6可作为最佳体积比。该研究为气体静压轴承气锤自激振动的抑制提供了新思路。     

振动冲击对海水润滑塑料轴承时变热弹流润滑的影响

建立了冲击载荷作用下综合考虑热效应和时变效应的海水润滑塑料轴承弹流润滑数学模型;利用压力求解的多重网格法,弹性变形的多重网格积分法及温度求解的逐列扫描技术数值模拟了连续冲击载荷作用下海水润滑膜压力及膜厚的分布;对比分析了正弦周期脉冲及三角形周期脉冲作用下的润滑膜中心压力、中心膜厚及最小膜厚随时间变化的特性;讨论了载荷幅值及脉宽对润滑膜特性的影响。数值计算结果表明,压力的变化周期同载荷的一致,膜厚的变化滞后于冲击载荷及压力的变化;随载荷幅值的增大,压力和膜厚的振幅增大,中心压力的对称线下移,相应膜厚的对称线上移;随脉宽的增大,中心压力的最大值变大,最小膜厚的最小值变小。     

基于通量非结构网格有限体积法的Level Set方程求解

在非结构网格上,采用基于通量的格心有限体积法求解Level Set方程,并给出了其数值离散格式.对Zalesak圆盘、旋转收缩圆及圆面剪切三个经典界面运动问题进行了数值模拟,其质量盈亏量与收敛阶的计算结果表明,该方法克服了传统数值方法造成的质量不守恒的缺点,能准确有效地求解拓扑结构发生变化的复杂运动界面问题,且计算量较格点格式大为减少.     

热效应对径向浮环轴承最小油膜厚度及稳定性影响研究

以径向浮环动静压轴承为研究对象,采用有限元法和有限差分法联立求解Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,得到内外层油膜的压力分布、温度分布和黏度分布,对油膜压力积分得到轴承的刚度系数和阻尼系数。针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,结合能量方程和Routh-Hurwitz准则推导出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统的热失稳判据,分析了油膜热效应对内外膜最小油膜厚度与失稳转速的影响。结果表明:内外膜油腔呈现多个的温度峰值,两端面温度高于油腔中央温度;内外膜最小油膜厚度和系统失稳转速随着进油温度的升高而减小;高速工况下,油膜温升是导致浮环轴承发生油膜破裂和失稳现象的重要因素,计算时需计入油膜热效应对轴承性能的影响。     

头/盘界面均匀化Reynolds方程及其高效数值求解

当硬盘工作时,磁头滑块飞行在高速旋转的磁盘上方,头/盘界面产生了一层只有几个纳米的气膜,该气膜润滑方程为考虑气体稀薄效应的修正Reynolds方程。为了提高磁记录密度,人们正在考虑用离散磁道（Discrete Track Recording,DTR）磁盘取代传统的光滑磁盘。由于这种DTR磁盘表面磁道和沟槽的影响,在数值求解修正Reynolds方程的过程中,就需要足够多的离散网格来分辨出DTR磁盘表面几何形状,从而带来了计算效率问题。基于均匀化理论和修正Reynolds方程的线性流率（Linearized Flow Rate,LFR）模型,该文推导了一个适合分析DTR磁盘气体润滑特性的均匀化Reynolds方程,并采用有限体积法对均匀化Reynolds方程进行了求解和验证。其结果显示:相对于修正Reynolds方程,求解均匀化Reynolds方程只需要很少的离散网格,从而节省了大量的计算时间,大幅提高了计算效率,且两者压力分布、压力中心和承载力的最大相对误差都小于3.5%。     

透平膨胀机中气体动压止推轴承双层鼓泡箔片的结构改进

基于有限差分法和Newton-Raphson迭代法求解止推轴承间隙的润滑气膜压力,根据气膜压力分布特征对常规型双层鼓泡箔片的鼓泡分布进行改进,并采用有限元法求解支承结构各层箔片的弹性变形和应力分布情况.结果表明,随着支承结构轴向均匀柔性系数的增大,气膜压力不断减小,平台区压力分布的均匀性不断增强.平箔片相比于鼓泡箔片具...     

重载径向轴承三维弹性流体润滑的有限元和边界元耦合数值分析

本文采用有限元和边界元技术分析了重载径向轴承的三维弹性流体润滑(EHL)问题,并提出了一种精度高、收敛快的加权迭代计算模式,用该计算模式成功地求解了由二阶Reynolds方程、粘压方程和三维弹性方程组成的非线性方程组,得到了在各种大偏心率下轴承材料分别为钢、铜和巴氏合金的径向轴承的弹流静特性参数。     

基于Bulk-flow模型的偏心叶轮前侧盖板泄漏流稳态特性分析

通过数值计算分析了叶轮偏心情况下前侧盖板泄漏流流体的稳态特性。基于一种bulk-flow模型建立了由3个非线性偏微分方程组成的流体控制方程。运用有限差分方法和交错网格得到离散化的控制方程,利用SIMPLE算法来完成对离散化控制方程的求解。根据计算结果给出了给定条件下叶轮前侧盖板泄漏流流体的稳态压力分布和速度分布,并分析了叶轮前侧盖板与蜗壳间间隙和叶轮偏心率对叶轮前侧盖板泄漏流流体的稳态压力分布和速度分布的影响。分析结果表明:二者对叶轮前侧盖板泄漏流流体的稳态特性具有明显影响。     

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。     

椭圆轴承与圆轴承动力特性CFD数值分析

滑动轴承动力特性对旋转机械转子稳定性有着重要影响。将CFD动网格技术应用于椭圆轴承与圆轴承动力特性求解。在验证滑动轴承CFD动力特性求解模型准确性的基础上,建立基于CFD动网格技术的椭圆轴承动力特性求解模型,分析椭圆度、偏心率以及转速等因素对滑动轴承动力特性影响,比较分析椭圆轴承与圆轴承动力特性之间的差异。研究表明,椭圆轴承与圆轴承的承载力与刚度阻尼系数随着偏心率、转速的增加而增大;与圆轴承相比,椭圆轴承两个油楔形成两个流体动压区有效的增大轴承的阻尼,滑动轴承增加椭圆度可提高转子稳定性。     

椭圆轴承—转子耦合系统动力学特性研究

为研究椭圆轴承的润滑特性及转子-轴承系统的非线性动力学特性,采用适用于椭圆轴承的变流域动网格方法实现了润滑流场的非稳态计算,通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了椭圆轴承润滑流场与转子动力学之间的弱耦合计算。从滑动轴承润滑流场内部分析了圆柱和椭圆轴承的瞬态工作过程,比较了上轴瓦的油膜压力分布及承载力的变化情况。分别就轴承结构参数、转速和不平衡量对轴承-转子系统工作特性的影响展开讨论,数值计算表明,椭圆轴承在x,y方向的支撑刚度不一样,对稳定性起主要作用为顶隙;轴颈的涡动中心不仅决定于转速,而且随动载荷的变化而变化,随着不平衡量的增加,涡动中心逐渐向坐标原点靠近,使转子-轴承系统稳定裕度降低。该方法为椭圆轴承动力特性及转子-轴承系统稳定性的研究提供了理论支持。     

圆柱滚子轴承油膜特性的数值标准计算方法

为定量评价圆柱滚子轴承的油膜特性,基于Fortran程序,建立了热弹流润滑模型。该模型考虑了润滑油温度、载荷等参数的影响,计算得到了承载区的润滑油压力和膜厚分布。结果表明,润滑油压力中间较大,入口区和出口区都减小到零。膜厚在中间区域较小,入口区和出口区较大。在出口区附近出现第二压力峰值,在同一位置附近出现最小膜厚值。据此可以对轴承润滑状态进行定量评价,指导轴承的设计和使用。     

空气静压主轴气膜的压强分布与动态特性分析

空气静压主轴的动态特性对机床加工精度影响很大,需要对主轴气膜的压强分布进行分析计算,从而分析其动态特性.通过对主轴在轴套内不同姿态时气膜压强分布采用无因次化压力膜雷诺润滑方程法进行有限元计算,得出不同姿态对应的坐标系各轴向的轴承反力以及反力矩,并探讨工作区间的主轴刚度以及角刚度的近似值,建立主轴力学方程分析主轴重心运动轨迹;引入旋转欧拉方程研究主轴轴线偏转状态,讨论主轴不同几何参数时轴线稳定性;提出通过提高主轴径向主惯性张量与轴向主惯性张量比值(采用径厚比大的盘形主轴结构)的方法提高机床的加工精度.可以为主轴结构设计提供理论指导,并为求解主轴刀具运动轨迹提供方法.     

径向动压浮环轴承-转子系统多稳定区域研究

以径向动压浮环轴承为研究对象,针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则给出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统稳定性判据。用有限差分计算某高速径向动压浮环轴承刚度、阻尼系数,获得不同工况下系统稳定性曲线。结果表明,小偏心率下系统升速过程中呈现多个稳定区域,且随偏心率、内外膜半径间隙变化而变化。油膜温度变化亦会影响系统稳定性。为高速浮环轴承稳定性整体建模、分析提供借鉴。     

计算流体润滑频变动力学特性的一种完整变量扰动偏导数法EI北大核心CSCD

高速旋转机械使用工质流体润滑轴承既能彻底避免工质被油污染,又降低密封技术难度同时简化轴系结构以提高轴系动力学性能。然而特种参数下流体有着复杂的热物性,从而带来润滑膜的湍流、真实气体可压缩流动等多种附加效应。该研究从一般形式的可压缩湍流润滑雷诺方程出发,通过建立动态映射关系给出一种不局限于特定润滑流体或热物性模型的轴承静动特性分析通用方法,即完整变量扰动的偏导数法。该方法适用于具有附加效应的轴承与密封的频变动力学特性计算,能够统一处理结构扰动和润滑膜可压缩性带来动力学系数的频率效应。结合有限增量法,验证了完整变量扰动方法的准确性,并给出该方法应用于超临界二氧化碳、油润滑高速可倾瓦轴承动力学系数求解的案例。结果表明,忽略压力和膜厚以外的扰动变量将导致动力学系数明显偏大,该算例中刚度和阻尼系数的最大偏差分别为88%和93%。     

大型水轮机组推力轴承油膜厚度在线监测研究

油膜厚度是反映推力轴承运行状态的重要参数,对油膜厚度进行实时在线监测有助于实现推力轴承的稳定运行。以某大型水轮机组推力轴承为例,结合其润滑流体的雷诺方程和油膜厚度方程,利用有限差分法分析了不同载荷和不同转速下推力轴承油膜厚度和压力分布的变化规律,并设计了一种油膜厚度实时在线监测方法。理论分析结果表明,当转速一定时,推力轴承油膜厚度先随着载荷的增大而增大,达到峰值后,随着载荷的增大而减小;当载荷一定时,油膜厚度随着转速的增大而增大。理论分析结果与该水轮机组推力轴承油膜厚度的在线监测数据完全吻合,验证了提出的油膜厚度在线监测方法的可靠性,为推力轴承运行状态的诊断提供了科学依据。     

水润滑塑料合金轴承设计参数实验分析及优化

国内水润滑轴承设计参数多依据国外产品反求,研究拟通过实验得出各参数的设计准则和轴承的制造工艺.分析了轴瓦结构、长径比等影响水润滑塑料合金轴承润滑特性的设计参数,得到轴承多曲面圆弧凹槽的经验公式和胶层厚度与轴径的关系.通过实验分析了硫化时间、温度和压力等制造工艺参数对轴承材料性能的影响.主要性能包括定伸强度、磨损量和扯断伸长率.综合各实验结果对制造工艺参数进行优化并进行正交实验,得到最优制造工艺.在硫化温度为180 ℃、压力为2 MPa和硫化时间为20 min的条件下制造的长径比为2的水润滑轴承性能可达到或超过美国国防部颁布的MIL B 17901(船舶)军用标准.