水润滑橡胶轴承双向热-流-固耦合润滑特性分析

以船用水润滑橡胶轴承为研究对象,基于有限元法和有限体积法,建立水润滑橡胶轴承双向热-流-固耦合模型,研究润滑介质温度和轴颈转速对橡胶衬层变形、水膜压力分布以及承载力的影响。研究结果表明:当进水温度升高时,水的黏度降低,水膜压力减小,橡胶衬层的变形量减小,承载能力降低;而转速增大时,流体动压效果明显,水膜压力增大,衬层变形量增大,承载能力提高;转速越低时,进水温度对承载的影响越小。     

考虑热-流-固耦合的径向滑动轴承润滑特性分析

文中建立了一种适用于研究径向滑动轴承实际运行过程中润滑特性的热-流-固耦合模型。模型中耦合了含紊流项的雷诺方程与能量方程,同时考虑轴瓦弹性变形对油膜厚度的影响。通过分析典型径向滑动轴承特性并与试验和已有数值结果比较,验证了文中模型。在此基础上分析了轴承承载力、摩擦力、偏位角等静特性参数及4个动特性系数的变化规律,并通过与单一考虑紊流效应、热效应或弹性变形情况下的结果进行比较,评价各物理效应对轴承性能参数的影响,可为工程中滑动轴承的性能评价提供参考。     

微观织构配流副热-流-固耦合润滑特性

通过建立轴向柱塞泵配流副的几何模型,利用雷诺方程推导了配流副的油膜压力方程,采用有限差分法和松弛迭代法求解雷诺方程。利用FORTRAN语言编程求解,利用MATLAB语言对油膜厚度、压力、温度分布进行了仿真研究。结合油膜厚度方程、雷诺方程、能量方程、弹性变形方程、黏温黏压方程和密度温压方程,仿真微观织构配流副的热弹流润滑特性。研究表明：配流副油膜厚度增大,最大油膜压力减小,最高温度值减小;配流副的热-流-固耦合效果随油膜间隙收敛逐渐明显,在最小油膜厚度处达到最大,并且,油膜压力值达到最大;加工微观织构可以显著改变配流副的油膜压力和温度分布。     

水润滑橡胶合金轴承流固耦合分析

建立水润滑橡胶合金轴承3D流固耦合模型,应用流体计算分析软件对轴承运行过程中的内部流场进行分析。分析结果表明,转速和偏心率是影响水膜压力分布、水膜流速分布和承载能力的重要因素,采用较大的转速有助于流体动压形成,增大偏心率将会增大轴承系统中水的动压,从而增大水膜压力和承载能力。橡胶层的变形和应力分析表明,橡胶层主要承载面的变形量和应力随着转速和偏心率的增加而变大,在橡胶衬层与轴套黏接面处有最大应力,设计中应该充分考虑橡胶衬层的物理性能及其与铜套黏接面的力学性能。     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

利用考虑热效应的Reynolds方程,对水润滑条件下的飞龙轴承进行考虑热效应时的弹流润滑理论分析。通过数值模拟讨论载荷、转速和轴径对水润滑膜压力及膜厚的影响。结果表明:热效应对水润滑膜压力的影响几乎可以不计,而膜厚减小;随载荷增大,压力峰值有所增大,膜厚随载荷的增大而减小;随转速的增大压力峰值减小,而膜厚随转速的增大而增大;轴径的大小对压力的影响不明显,但随轴径的增大膜厚减小。     

水润滑塑料合金轴承的弹流润滑分析

建立水润滑塑料合金轴承的数学模型,对水润滑条件下塑料合金轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,讨论转速和载荷对水润滑膜压力和膜厚的影响。结果表明:在水润滑条件下,转速对水润滑膜的压力影响不明显,而膜厚及最小膜厚随转速的增大而明显增大;随载荷的增大,压力峰值有明显增大,而在入口区压力随载荷增大而减小,膜厚及最小膜厚随载荷增大而减小。     

进水温度对水润滑轴承润滑特性的影响

为研究进水温度变化对水润滑轴承润滑特性的影响,采用有限差分法建立水润滑轴承弹流润滑模型,分析不同进水温度和载荷条件下水润滑轴承润滑特性的差异,并且通过试验验证摩擦因数的变化规律。研究发现：随着进水温度升高,轴承的水膜压力下降,但在水膜压力峰区域最大水膜压力升高、最小水膜厚度减小、偏心率增大,表明进水温度升高对润滑性能有着负面影响;在相同的载荷和转速下,轴承摩擦因数随着进水温度升高而下降,且高载荷下进水温度对摩擦因数的影响更大。通过试验发现进水温度越高对摩擦因数变化的影响越大,不同进水温度下载荷越低,载荷的变化对摩擦因数变化量的影响越大。     

温度变化对新型混合槽水润滑橡胶轴承润滑特性的影响

为研究新型混合槽水润滑橡胶轴承的润滑特性,采用有限元法建立了橡胶轴承的热流固耦合模型,在考虑不同进水温度和不同转速的条件下,分析了混合槽橡胶轴承与带有T形、V形沟槽的橡胶轴承在衬层变形、水膜压力、流场速度等方面的差异。结果表明:混合槽橡胶轴承能较好地适应水温的变化,解决了T形、V形沟槽橡胶轴承存在的衬层变形大、水膜压力较低的问题,并改善了单一槽型轴承承压区压力峰值急剧变化的问题;随着进水温度的升高,衬层变形量和水膜压力均减小,承载力下降,而且较高转速下承载力的下降趋势比低转速下更为明显;随着进水水温的升高,水的黏性系数持续降低,橡胶轴承的润滑状态变差,轴承润滑状态由混合润滑和弹流润滑状态过渡到完全混合润滑状态。     

基于流固耦合的气体静压止推轴承动态特性研究

为了研究气体静压止推轴承的动态特性,运用有限元分析软件ANSYS中的流体分析模块和瞬态力学模块进行双向流固耦合仿真,对小孔节流气体静压止推轴承的动态特性的相关影响因素进行研究,得到了不同状态下的轴承动态特性的变化曲线.结果表明:当轴承受到干扰负载时,通过提高供气孔压力、增加节流孔个数均可以减小轴承气膜的振动幅度,同时提...     

基于流固耦合的滑动轴承非线性油膜动特性研究

针对采用传统静态滑动轴承动力特性系数分析转子从启动到稳定在平衡位置这段时间内瞬态响应的误差较大的问题,提出了采用有限变分法和Newmark-β法相结合的非线性油膜动特性动态分析方法。该方法首先采用有限变分法计算非线性油膜动力特性系数, 解决了采用有限差分法时多次迭代的时效问题,大大提高了计算效率;然后根据计算得到的非线性油膜动力特性系数,通过Newmark-β法分析转子系统的瞬态响应,用学科间迭代方法实现了非线性油膜动力特性系数与转子瞬态响应之间的流固耦合;最后以Jeffcott转子系统为例,对比研究了传统静态分析方法与动态分析方法。结果证明,采用动态分析方法得到的转子系统瞬态响应幅值更小,精度更高。     

舰船用水润滑轴承微观界面润滑机理研究

针对水润滑轴承微观界面润滑状态和润滑机理存在的不清楚、不明朗等问题,开展微凹痕对轴承微观界面润滑机理影响的研究。在建立单一微凹痕内部流体动力学模型的基础上,研究微凹痕内部涡流结构变化特性,分析微凹痕内部流场动力学特征,讨论形貌特征参数与润滑性能的变化规律,证明流体动力学特性随表面形貌的演化规律,验证微凹痕对轴承微观界面润滑机理的影响规律,从而提出微尺度下水润滑轴承润滑理论,并从微观层面探究粗糙峰与轴承润滑状态转变之间的关系,进而提出判断润滑状态转变的微观尺度标准。结果表明,微动压效应、微空化效应、微惯性效应三者共同构成水润滑轴承微观界面的润滑机理,大量微凹痕累积进而可以增强轴承承载能力、降低摩擦功耗。     

轴瓦的力学性能对水润滑塑料轴承润滑性能的影响

在线接触热弹流润滑的基础上,对水润滑塑料轴承的热弹流模型进行计算,研究轴瓦的力学性能对水润滑塑料轴承润滑性能的影响,分析不同弹性模量下的压力、膜厚、最高温升曲线和温度分布。结果表明:在载荷等满足要求时,应选择弹性模量小的材料;载荷很大时,应选择弹性模量大的材料;弹性模量很大的材料,材料改性重点是增加自润滑性能和增加热传导系数。     

考虑界面滑移和惯性力效应的水润滑轴承润滑性能分析

针对界面滑移和惯性力效应对水润滑轴承润滑性能的影响展开研究。推导综合考虑界面滑移和惯性力效应的修正雷诺方程,采用有限差分法求解研究轴承润滑机制,给出界面滑移和惯性力效应对水膜压力、承载力和摩擦因数的影响规律。针对某实际轴承分别采用提出的模型和有限元法进行润滑性能计算,二者结果吻合较好。研究结果表明：界面滑移和惯性力效应不改变润滑性能参数随偏心率变化趋势,界面滑移降低了润滑性能参数的数值大小,最大降幅5%左右,惯性力效应则略微增大其数值,最大增幅小于1%;相比于界面滑移,惯性力对润滑性能的影响较小,几乎可以忽略。研究结果对水润滑轴承的设计与计算具有一定的指导意义。     

橡塑双层复合材料水润滑轴承流固耦合分析

橡塑双层复合材料水润滑轴承综合了橡胶阻尼性好和塑料摩擦性能好的特点,是一种极具发展潜力的新型水润滑轴承,然而其润滑承载机制尚不明确。采用流固耦合仿真方法研究该种轴承在不同载荷、轴瓦厚度和弹性模量下的轴瓦变形分布特点和规律。结果表明：轴瓦变形主要发生在橡胶层,橡胶层轴瓦变形影响塑料层轴瓦的形状,并使其整体发生移动;随载荷增大,轴瓦变形量增大,轴瓦刚度系数减小;随塑料层轴瓦厚度增大,轴瓦总变形量近似线性减小,轴瓦刚度系数增大;而塑料层轴瓦弹性模量的变化对轴瓦总变形和刚度系数影响相对较小。     

基于流固耦合的薄膜节流器仿真分析

应用有限元分析软件ANSYS和流固耦合分析方法,对新型岛式薄膜节流器和常规薄膜节流器在同等边界条件下,进行模拟仿真分析,得到两种节流器上、下腔液体压力分布及两种薄膜变形.仿真对比分析证实了新型岛式薄膜中心圆台变形平缓,使薄膜不易塑性变形,减小了薄膜节流静压轴承由于局部液压冲击产生的系统失稳,利于薄膜节流器的设计计算.     

流体惯性对橡胶轴承水润滑性能的影响

以水润滑橡胶轴承的典型数值为例,说明轴承流动状态跨越了层流、第二层流区以及紊流3个区域。从连续性方程和Navier-Stokes方程出发,推导了适用于第二层流区的考虑惯性力的雷诺方程。通过数值计算,考察了流体惯性对圆柱轴承润滑性能和承载能力的影响。发现流体惯性导致水膜压力和承载能力略微增大,轴心平衡位置发生微小改变,可以认为在第二层流区流体惯性对橡胶轴承水润滑性能的影响甚微。     

基于流固耦合的多油楔滑动轴承动特性研究

提出了适用于多油楔滑动轴承结构的动网格方法,并实现了轴颈任意扰动(自由振荡运动、脉冲激励运动和偏心涡动)下润滑流场的瞬态计算。通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了多油楔滑动轴承润滑流场与转子动力学之间的耦合计算。讨论了轴颈自由振荡、受脉冲激励以及偏心涡动时轴瓦安装角对多油楔滑动轴承动特性的影响,数值计算表明:当安装角设置在20°~40°之间时,轴承的阻尼较小,稳定性较差;而当轴瓦安装角在100°~120°之间时,轴承阻尼较大,稳定性较好,并且轴瓦数越多,安装角对稳定性的影响越小。