GMA可控油膜轴承的静态试验研究

介绍了GMA可控油膜轴承试验台的结构和工作原理, 在调整好的试验台上,在不同载荷和转速下完成了GMA可控油膜轴承的定心试验.结果表明,通过改变GMA的控制电流或者磁场,该可控油膜轴承能够把不同工况下的转子的静平衡位置调整到同一位置,证明该轴承具有很高的位置精度和定心精度,克服了传统油膜轴承定心精度差的不足,可用于支承位置精度要求较高的场合.     

GMA可控油膜轴承-转子系统不平衡响应的理论研究

论述了基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的可控油膜轴承的工作原理,建立了该油膜轴承-弹性转子系统的数学模型,模拟了控制相位和增益改变对系统不平衡振动的影响.计算结果表明带有GMA的可控油膜轴承能够减小系统的工频振动和半频涡动,提高系统的稳定性.控制增益和相位差的改变对系统的工频振动结果影响较大,而且对同一个控制增益,存在一个最佳的相位差,使系统的不平衡振动最小.     

GMA油膜轴承动态控制轴心轨迹的试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的油膜轴承试验台的工作原理,完成了GMA油膜轴承所支撑转子的轴心轨迹动态控制试验。试验结果表明,选择合适的控制电流和相位差后,该油膜轴承能够动态抑制所支撑转子的工频振动,明显缩小所支撑转子的轴心运动轨迹;对于某控制电流,存在一个能使系统的工频振动幅值最小的最佳相位差;随着控制电流的增大,最佳相位差有增加的趋势。试验结果证实了GMA油膜轴承具有强的轴心轨迹控制功能,能够抑制所支撑转子的振动,具有高的位置精度和旋转精度。     

GMA止推油膜轴承瓦块均载调整试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的止推油膜轴承的结构和工作原理,搭建了GMA止推油膜轴承试验台,进行了止推油膜轴承的跑合试验、单瓦载荷调节试验以及手动和自动均载调节试验。该轴承以瓦块的温度作为反馈信号,改变GMA的伸长量可控制止推瓦块的油膜间隙,使同一止推轴承的不同瓦块承受载荷尽量均匀,能够防止止推轴承偏载现象发生,避免止推油膜轴承由于偏载引起的局部高温。试验结果表明,利用GMA调节止推轴承的油膜间隙、实现止推瓦块的均载方案是可行的。     

主动可控的径向油膜轴承研究综述

综述了常见的主动可控的油膜轴承,提出了基于超磁致伸缩材料的主动可控油膜轴承,并阐述了该轴承的工作原理,并指出可控减振油膜轴承仍需解决的问题及其研究方向.为实现可控减振油膜轴承的工业化应用,应开发适合于油膜轴承膜厚控制的执行器,建立油膜轴承-转子-执行器的动力学模型,提高可控油膜轴承的稳定性和可靠性,采用基于现代控制理论的各种控制算法,提出可控油膜轴承-转子-执行器系统的数字控制策略.     

电动机用可控油膜轴承突发工况下冲击载荷研究

为解决高速调频电动机用油膜轴承在突发工况条件下的油膜振荡和油膜涡动问题,分析了可控径向动压油膜轴承的工作原理,建立了油膜轴承-弹性转子系统的力学模型,研究了控制相位和增益改变对系统突发工况下冲击载荷造成的影响。结果表明:在突发工况下,该可控油膜轴承能够显著减小系统的油膜振荡和涡动。     

基于动网格方法的油膜轴承性能的研究

考虑气穴的影响,建立了油膜轴承所支撑转子系统的动力学模型,并利用新的动网格更新方法,编制了求解油膜轴承压力分布、转子静平衡位置以及轴心轨迹的程序,验证了其正确性。利用该程序考察了气穴压力和转速对油膜轴承压力分布和所支撑转子的轴心静平衡位置的影响。计算结果表明,在相同的速度和载荷下,随着气化压力升高,轴承偏心率和最大油膜压力增大,偏位角减小,并且最大油膜压力的周向位置受气化压力的影响较小;而在相同的载荷下,转速对转子静平衡位置影响较大,并随着转速增加,轴承偏心率减小,偏位角增加。     

刚性和弹性支撑可倾瓦推力轴承稳态特性分析

建立刚性球头支撑和弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承热弹流耦合模型；在弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承橡胶垫的弹性变形分析中采用了变形协调矩阵方法，以协调匹配橡胶垫变形和水膜厚度分布，同时在搜索稳态解的过程中引入模拟退火算法；基于变分原理求解Reynolds方程，得到了轴承水膜压力分布，并比较2种推力轴承在转子存在角不对中时的静特性。结果表明：理想工况下，刚、弹支可倾瓦推力轴承稳态特性没有明显区别；当转子存在不对中时，刚性球头支撑可倾瓦轴承在不同瓦块之间受力偏载严重，进而导致瓦面最小水膜厚度过小，瓦块容易出现磨损，而弹性支撑瓦不同瓦块之间水膜力分布更均匀，利于轴承的长期可靠运行。     

磁悬浮转子初始状态对跌落至应急轴承的影响

应急轴承是磁悬浮系统中的辅助支承结构,可防止磁轴承停电或掉电时与转子碰撞而损坏.应急轴承的可靠性不仅与轴承本身的结构有关,还会受到转子初始状态的影响.采用拟静力学的方法建立磁悬浮转子与应急轴承的跌落碰撞模型,分析转子跌落至应急轴承上的动态响应,探讨了转子跌落初始状态,如初始位置、不平衡量等对转子跌落后轨迹及碰撞力的影响.研究表明,初始不平衡量对转子跌落响应影响显著,转子初始位置对转子跌落响应影响不大,因而为保证应急轴承可靠性,应控制转子初始不平衡量在合理范围.该研究结果为后续跌落试验研究奠定理论基础,对轴承可靠性能的评估具有一定参考意义.     

垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统转子临界转速研究

基于转子动力学理论,建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的动力学模型。应用ANSYS Workbench有限元分析软件建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的轴承-转子-磁力盘有限元模型。应用模态分析的方法,研究了辅助轴承的安装位置对垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的影响。给出了辅助轴承的位置与垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的变化规律。为研究垂直轴磁悬浮辅助支撑系统的结构设计以及安装维护提供了理论依据。     

应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器的实验研究

针对传统油膜轴承位置精度低和稳定性差的问题,研究开发了应用于主动控制油膜轴承的超磁致伸缩驱动器.设计并搭建了试验台,实测了驱动器的静态性能和动态性能.实验结果显示超磁致伸缩驱动器在常态磁场强度下可以产生与油膜厚度同一数量级的位移输出和较宽的静态调节范围;在2 000 Hz的激励电压作用下有良好的频响特性.说明所研制的超磁致伸缩驱动器能够用来控制油膜轴承的间隙,满足油膜轴承所支承转子的减振频率需要.     

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。     

新型可变可控三油楔轴承结构设计及静态特性分析

传统三油楔轴承结构形状固定,且运转工况单一,为适合变化的工况,提出一种可变可控三油楔轴承。将压电叠堆引入轴承结构中,压电叠堆在直流驱动电压作用下产生驱动力,使轴瓦内表面由圆形变为三油楔形状,且通过改变电压可以控制轴瓦变形大小。介绍该轴承的结构和工作原理,采用CREO软件建立不同驱动电压下油膜的几何模型并导入前处理软件ICEM中进行结构化网格划分,基于FLUENT软件中的两相流模型计算分析不同电压、偏心距和转速下轴承静态特性。结果表明：改变驱动电压可改变三油楔轴承油膜间隙,进而调控油膜压力分布和静态特性;在相同转速和偏心距下,随着驱动电压的升高,可变三油楔轴承变形加大,承载力和摩擦力逐渐减小,流量逐渐增大。     

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。     

工况对盾构机主驱动轴承润滑特性的影响

以某隧道工程实际工况条件为例,建立盾构机主驱动轴承载荷分布计算模型和等温线接触弹流润滑模型,通过数值分析得到极限工况和占比99.9%的工况条件下盾构机主驱动轴承的油膜厚度及油膜压力分布;依据实际工况条件分析不同工况对轴承油膜厚度、油膜压力的影响规律,以及滚子所处位置不同时滚子负载与油膜压力和膜厚之间的变化关系。结果表明：不同工况下主轴承油膜厚度、油膜压力分布规律相似,均出现二次峰值;同一工况下,随着滚子于主轴承所处位置不同,油膜压力及膜厚最值随滚子负载的增大而减小;同一位置处二者最值随主轴承受力的增大而减小。     

Steady state characteristics of a tilting pad journal bearing with controllable lubrication: Comparison between theoretical and experimental results

This paper is aimed at presenting results regarding the static and thermal behavior of a tilting-pad journal bearing operating under controllable regime. The bearing is rendered controllable by injecting high pressure oil into the clearance using holes drilled across the bearing pads in the radial direction. The modification of the injection pressure enables to modify the bearing static and dynamic properties according to the operational needs. The results presented are obtained using a theoretical model, which considers all the effects that determine the bearing behavior (controllable elastothermohydrodynamic lubrication regime), as well as using a test rig designed and built to this effect. The comparison between experimental and theoretical results provides solid ground to determine the accuracy of the available model for the the prediction of the steady-state behavior of the tilting-pad bearing with controllable lubrication. Among the parameters considered for the study are: oil film temperature field, resulting forces over rotor and pads, and rotor equilibrium position. The results obtained show good agreement between theory and experiment, as long as the assumptions on which the model is based are respected. Also, it is shown that some improvements are possible when it comes to model the steady-state behavior of the controllable bearing with the injection system turned off.     

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。     

应用有限体积法空气静压导轨力学特性的研究

空气静压润滑是精密工程领域的关键技术之一,润滑气膜的压强分布、承载能力、刚度等力学特性是决定导轨稳定性的主要因素。目前,空气静压导轨设计中常采用简化雷诺方程的工程计算方法,存在静态性能误差大的特点。本文针对润滑气膜的压强分布规律、承载力等主要力学特性参数进行研究。基于节流孔出射气流为冲击射流,引入计算流体力学的有限体积法,应用理想气体等温条件下的k-ε模型封闭控制方程组对润滑气膜的力学特性进行数值分析,得出不同气膜厚度下空气静压导轨工作面上的压强分布规律。数值结果表明：导轨内气膜从节流孔沿工作面到导轨边缘的压强分布规律非雷诺润滑方程所给出的均匀递减变化,而是在节流孔附近存在半径约为500µm的负压区、峰值约为0.05MPa;在静压导轨气膜厚度与承载力分析的基础上,指出气膜与导轨间的气固耦合所引发的导轨弹性自激振动是空气静压导轨实现纳米级定位的主要制约因素。