计及表面形貌的倾斜轴颈轴承弹性流体动力润滑分析

研究中采用平均Reynolds方程进行轴承的动力润滑分析,采用变形矩阵方法计算轴承表面变形.结果表明,偏心率较大时,润滑油黏压效应对倾斜轴颈轴承润滑性能有较大影响,特别是当倾斜角较大时,影响更为显著.不考虑轴承表面变形情况下,当偏心率较大且轴颈倾斜角也较大时,表面粗糙度对倾斜轴颈轴承润滑性能产生影响;表面形貌方向参数在最小油膜厚度与表面综合粗糙度的比值较小时对倾斜轴颈轴承润滑性能产生显著影响.计入轴承表面变形影响时,轴承表面粗糙度以及表面形貌方向参数对倾斜轴颈轴承润滑性能影响很小.轴颈不倾斜时,轴承表面变形对轴承润滑性能的影响很小;轴颈倾斜时,轴承表面变形的影响比较显著,偏心率越大,轴承表面变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响越大.     

轴承表面弹性变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

采用平均Reynolds方程，在考虑润滑油粘压效应、轴承表面粗糙度的前提下，分析了轴承表面受载变形对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响，并计算分析了不同表面粗糙度和表面方向参数下，考虑和不考虑轴承表面变形时的轴承润滑性能。结果表明，在分析倾斜轴颈轴承的润滑性能时，必须考虑轴承表面变形；在偏心率和轴颈倾斜角较大时，计及轴承表面变形以后，考虑轴承表面形貌参数对轴承润滑性能分析结果的影响不明显。     

热效应对粗糙表面倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

联立基于平均流量模型的广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程等,计算了计及热效应时,不同表面形貌和轴颈倾斜角下的轴承油膜压力、油膜温度、油膜反力、端泄流量、摩擦系数和保持轴承稳定工作的力矩.考虑和不考虑热效应的轴承润滑特性计算结果表明,计入热效应时,表面形貌和润滑油粘压效应对偏心率较大的轴颈倾斜轴承润滑性能影响较大.     

考虑应力偶计入区间及黏压效应的倾斜轴承非牛顿流体润滑特性研究

以滑动轴承为研究对象,考虑轴颈倾斜及润滑油黏压效应影响,建立轴承应力偶流体动力润滑模型,引入临界油膜厚度系数,探究应力偶流体对油膜厚度的敏感度,分析应力偶流体计入区域、应力偶系数、倾斜角及黏压效应对轴承润滑特性的影响.结果 表明:随着应力偶系数的增加,润滑特性参数随油膜厚度的敏感度逐渐增加.较牛顿流体,考虑滑油应力偶效应时,轴承油膜压力显著增加,且随着应力偶计入区域的增加,轴承最大油膜压力逐渐增加,摩擦因数逐渐减小.在最小油膜厚度区域附近计入应力偶效应时,影响最为显著.轴颈发生倾斜时,倾斜作用将加剧应力偶效应,且随着应力偶系数的增加,倾斜对应力偶效应的影响愈加显著.黏压效应对应力偶流体轴承油膜压力有显著影响,但对于摩擦因数及端泄流量,其影响微弱.     

大功率密度柴油机主轴承混合润滑分析

针对某型柴油机功率提升后主轴承润滑性能出现恶化的现象,计及表面形貌和弹性变形等因素影响,建立12V150柴油机主轴承润滑分析模型。运用弹性流体润滑、轴承动力学及Greenwood-Tripp微凸峰接触理论,分析功率提升后的主轴承润滑性能,提出需要改进的参数。分析表明:主轴承润滑性能变差的原因主要是功率提升后,曲轴和主轴承承受载荷加剧,油膜压力增加,引起轴颈弯曲或倾斜,导致主轴最小油膜度减小。研究曲轴平衡率、轴承宽度和润滑油黏度等参数对主轴承润滑性能的影响,提出了将曲轴平衡率由70%增大至90%,轴承宽度由46 mm增大至48 mm,并合理增加润滑油黏度的改进方案。结果表明:曲轴平衡率能有效地减小主轴颈倾斜角度,而轴承宽度和润滑油黏度对轴颈倾斜几乎没有影响;改进后主轴承最小油膜厚度提升了16.08%,峰值粗糙接触压力减小了37.11%,平均摩擦损失总功减小了13.08%。     

整机体下主轴承-轴颈型线对润滑性能的影响*

为分析整机体下主轴承-轴颈型线对润滑性能的影响,运用Reynolds流体润滑方程和Greenwood-Tripp微凸峰接触理论,计入轴颈倾斜和弹性变形的影响,建立基于柔性整机体的主轴承弹性流体动力润滑模型,通过仿真计算研究主轴承和轴颈型线对轴承润滑性能的影响。结果表明:相较于无型线和只考虑轴颈型线,同时考虑主轴承和轴颈型线下的主轴承最小油膜厚度明显增加,最大油膜压力减小,平均摩擦损失减小;同时考虑主轴承型线和轴颈型线时,在研究的范围内,随着轴颈倾斜角度的增加,主轴承的最小油膜厚度减小,最大油膜压力增加,平均摩擦损失减小;转速增加时,主轴承的最小油膜厚度增加,最大油膜压力减小,平均摩擦损失增加。因此在主轴承和轴颈型线设计时,需要考虑轴颈倾斜和工作转速2个因素。     

计入变密度和变比热容的倾斜轴颈粗糙表面轴承润滑性能分析

计入变密度、变比热容以及轴颈倾斜等因素,对滑动轴承的热弹性流体动力润滑性能进行研究,深入分析变密度和变比热容对粗糙表面倾斜轴颈轴承热弹性流体动力润滑性能的影响。计算中,基于平均流量模型的广义Reynolds方程进行轴承的润滑分析,采用能量方程和热传导方程计算润滑油的温度场。结果表明,偏心率较大时,变密度和变比热容效应对轴颈倾斜轴承的承载力和最大油膜压力有较明显影响;计入变密度时,轴承最高油膜温度增加,摩擦功耗减小;计入变比热容时,轴承最高油膜温度减小,摩擦功耗增加;转速越高,变密度和变比热容对浮环轴承润滑性能的影响越显著;同时计入变比热容和变密度的轴承润滑参数与仅计入变比热容或仅计入变密度的润滑参数均有明显不同;间隙越小,变密度和变比热容对轴承润滑性能的影响越显著;为准确预测轴承的润滑性能,需同时考虑密度变化和比热容变化的影响。     

主轴承径向轴颈型线对润滑状态的影响

以某型柴油机主轴承为研究对象,计入主轴承表面粗糙度和弹性变形等因素,建立主轴承润滑状态的分析模型,分析了主轴承径向轴颈型线对润滑状态的影响.结果表明,与不考虑径向轴颈型线的计算结果相比,计入径向轴颈型线时,主轴承的最小油膜厚度增加了25.95％,最大油膜压力减小了17.69％,平均摩擦损失减小了6.14％,主轴颈倾斜现象有所改善.随着轴颈表面粗糙度的增加,主轴承的最小油膜厚度增加,最大油膜压力几乎不变,平均摩擦损失增加.     

计及轴受载变形的粗糙表面轴承热弹性流体动力润滑分析

同时计及表面形貌、热效应和轴承表面(热和弹性)变形等,对轴受到载荷作用产生变形,导致轴颈在轴承中倾斜时滑动轴承的热弹性流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论表面热变形等对粗糙表面倾斜轴颈轴承热弹性流体动力润滑性能的影响.计算中,采用基于平均流量模型的广义Reynolds方程进行轴承的润滑分析,采用变形矩阵方法计算轴承表面(热和弹性)变形,采用能量方程和热传导方程计算润滑油和轴承的温度分布.结果表明,计及表面热变形时,半径间隙对轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、油膜压力和油膜厚度的分布有较大影响;轴承载荷越大,表面热变形对轴承性能的影响越显著;表面热变形对轴承性能的影响程度与转速高低有直接关系,转速越高,表面热变形的影响越大;相比于表面弹性变形,表面热变形对轴承性能的影响较大;表面形貌是否影响轴承性能以及影响程度与轴承表面变形情况有较大关系,仅考虑热变形时,表面形貌有一定影响,同时考虑热变形和弹性变形时,表面形貌的影响非常小.     

大功率柴油机曲轴平衡率对主轴承润滑特性的影响

基于弹性流体动力润滑、轴承动力学及平衡率计算理论,计入轴颈与轴瓦表面粗糙度、曲轴与轴承座弹性变形的影响,针对某大功率柴油机的曲轴系统,建立12缸V150柴油机主轴承的润滑分析计算模型,对12平衡重曲轴在不同平衡率下各主轴承的润滑性能进行分析,考虑轴承宽度、轴承间隙和供油压力等参数对平衡性较好的曲轴进行优化。结果表明:随平衡率的增加,最小油膜厚度先增加后减小,最大油膜压力和平均摩擦损失总功先减小后增大,平衡率80%的曲轴润滑性能较好,但主轴承MB5、MB6、MB7的最小油膜厚度均小于1μm;对其优化后各主轴承润滑性能均满足要求,且润滑性最差的主轴承MB7的最小油膜厚度增加19.7%,最大油膜压力减小11.8%。     

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。     

Hydrodynamic lubrication analysis of journal bearing considering misalignment caused by shaft deformation

Hydrodynamic lubrication characteristics of a journal bearing, taking in to consideration the misalignment caused by shaft deformation, are analyzed. Film thickness expression of the misaligned journal bearing is inferred. Film pressure, load-carrying capacity, attitude angle, end leakage flow-rate, frictional coefficient, and misalignment moment of a journal bearing are calculated for different values of misalignment degree and eccentricity ratio. The results show that there are obvious changes in film pressure distribution, the highest film pressure, film thickness distribution, the least film thickness, and the misalignment moment when misalignment takes place. Therefore, it is necessary to consider misalignment caused by shaft deformation when analyzing the lubrication of journal bearing.     

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。     

轴变形产生的轴颈倾斜对滑动轴承润滑影响的试验研究

针对各种机械装置使用最普遍、最基本的轴-滑动轴承摩擦副系统,设计研制了专用试验装置,对轴受载荷作用产生弯曲变形,导致轴颈在轴承孔中倾斜时滑动轴承的润滑性能进行了试验研究。结果表明,在轴-滑动轴承摩擦副系统中,轴受载荷作用产生变形将导致轴颈在轴承孔中倾斜;轴变形导致轴颈倾斜时,滑动轴承的油膜压力、油膜厚度和温度的分布状况及数值发生了明显变化。轴受载越大,其变形产生的轴颈倾斜越严重,对滑动轴承润滑性能的影响越明显;轴承半径间隙与轴承宽度比值越小,轴变形产生的轴颈倾斜对轴承油膜压力、油膜厚度和温度的数值及分布的影响越大。因此,滑动轴承设计中应该考虑轴受载荷作用产生的变形导致轴颈倾斜的影响,对于重要的机械设备,尤其应当考虑这种影响。     

Analysis of Thermoelastohydrodynamic Performance of Journal Misaligned Engine Main Bearings

To understand the engine maln bearings’ working condition is important in order to improve the performance of engine. However, thermal effects and thermal effect deformations of engine maln bearings ar...     

On the steady-state performance of misaligned hydrodynamic journal bearings lubricated with micropolar fluids

The present work deals with the micropolar lubrication theory to the problem of the steady-state characteristics of hydrodynamic journal bearings considering two types of misalignment, e.g. axial (vertical displacement) and twisting (horizontal displacement). Using a finite difference method, the steady-state film pressures are obtained by solving modified Reynolds equation based on the micropolar lubrication theory. With the help of the steady-state film pressures, the steady-state performance characteristics in terms of load-carrying capacity, misalignment moment and friction parameter of a journal bearing are obtained at various values of eccentricity ratio, degree of misalignment and micropolar fluid characteristic parameters viz. coupling number and non-dimensional characteristic length.     

Calculated journal bearing lubrication of non-Newtonian medium with surface roughness effects

To analyze the effects of non-Newtonian lubricants and surface roughness in journal bearing lubrication, a modified Reynolds equation is derived. In the equation, differential viscosity and the first normal stress function are defined to specify the rheological properties of non-Newtonian medium. Flow factors are used to specify the effect of surface roughness. The modified Reynolds equation is numerically calculated using super over relaxation method. Numerical results of the lubrication show that the differential viscosity is the principal non-Newtonian property affecting the lubrication, it is determined by the material parameters of the lubricant and is affected by the shearing rate. Under its effect, the load capacity of non-Newtonian lubricants is not always higher or lower than that of Newtonian lubricants’. The effect of the first normal stress difference increases under the conditions of dynamic loading. Surface roughness shows an obvious effect on load capacity when it is greater than one-tenth of the film thickness, and the surface with longitudinal pattern affects the load capacity most. However, surface roughness has less effect on lubrication results than lubricants’ non-Newtonian property. __________ Translated from Tribology, 2005, 25(6) (in Chinese)     

轴颈倾斜轴承的热流体动力润滑分析

考虑温度对轴颈倾斜轴承润滑的影响,通过解三维能量方程与固体热传导方程,计算轴颈、轴承和润滑油的温度分布,进而对轴颈倾斜轴承进行了热流体动力润滑分析。结果表明:轴承中央截面偏心率较大时,轴颈倾斜角对轴承润滑间隙中油膜温度、最大油膜压力、端泄流量和保持轴承稳定工作的力矩的影响较显著;轴颈倾斜角对油膜层面上的油膜最高温度、温度分布和压力分布的影响较大,油膜厚度较小的区域,油膜压力增大,摩擦生热多,油膜温度上升。