弹性均压槽空气静压轴承静特性的影响因素分析

为了研究影响弹性均压槽空气静压轴承静态特性的因素,基于气固耦合原理,建立弹性均压槽空气静压轴承的耦合控制方程,采用有限差分对控制方程进行离散求解,分别研究供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承静态特性的影响。结果表明:供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承承载力和刚度的影响较大,供气压力越大,轴承的承载力和刚度也越大,但刚度最大时的工作气膜间隙越小;均压槽宽度越大,轴承刚度最大时的工作气膜间隙越大;节流孔直径越小,轴承刚度越大。实验结果和理论计算结果基本一致,验证了数学模型和理论方法的正确性。     

局部多孔质气浮止推轴承的设计研究

建立了局部多孔质气浮轴承的理论模型,该模型考虑了轴承气膜交界面处的切向速度滑移。利用有限元方法对所建立的模型进行了理论仿真,轴承静态特性的仿真与试验结果取得了较好的一致性,说明经过修改后的雷诺方程可以用来作为局部多孔质气浮轴承研究的理论模型。利用该模型成功计算出不同渗透系数、不同厚度及不同直径的局部多孔质气浮轴承的流量、承载及刚度特性,并给出了相应的变化曲线。根据仿真结论,提出了局部多孔质气浮止推轴承的设计准则。另外,从理论上将该类轴承与全多孔质类型气浮轴的承特性进行了对比,表明局部多孔质气浮轴承有着优良的特性,有很好的应用前景。     

Stability analyses and experiments of spindle system using new type of slot-restricted gas journal bearings

A new type of slot-restricted gas journal bearing with non-uniform slot clearance in the circumferential direction is proposed in this paper. The stability characteristics of the new type of slot-restricted gas bearing are obtained by solving linear equations of motion of rotor with two degrees of freedom supported by one bearing to prove that the proposed new type of the slot-restricted gas journal bearing is much more stable than a conventional slot-restricted bearing. For comparisons with experimental results, the stability characteristics of four degrees of freedom rotor-bearing system are judged by the non-linear transition analyses. The instability threshold speed tests of the rotor-bearing system are performed. The instability threshold speed experimentally obtained is compared with theoretical results to confirm the validity of the numerical analyses. As a result of the analysis and experiment, it was shown that the proposed new type of slot-restricted gas journal bearing is much more stable than a conventional slot-restricted bearing due to non-uniform slot clearance.     

Static characteristics of a new hydrodynamic–rolling hybrid bearing

An analytic model is developed to predict static characteristics of a new hydrodynamic–rolling hybrid bearing (HRHB). Experiments are carried out to measure the equilibrium positions, the load sharing, and the rotational speeds of the rolling bearing cage. The results show that the working states of HRHB are divided into two distinct phases by a transition speed at which the hydrodynamics and contact models are decoupled. The cage speeds can be used to determine transition speed. The theoretical results agree with the experimental results, and it can be employed to design the bearing parameters according to the expected performance.     

基于数值模拟的小孔节流空气静压轴承静动态特性研究

为了提高小孔节流空气静压轴承的静动态性能,基于流体力学和固体力学的基本控制方程,建立小孔节流空气静压轴承双向流固耦合数值模拟模型;采用静态数值模拟方法获取了设计参数对承载力和刚度的影响规律,进一步对微气膜间隙内三维流场特性进行了分析,有效降低了微气膜间隙内气体冗余现象对空气静压轴承动态稳定性的影响,并在数值计算的基础上对空气静压轴承结构和工作参数进行优化设计;在气体静压试验平台上对自行研制的空气静压轴承进行静动态特性测试。试验结果表明:所提出的数值模拟方法具有很好的预测效果;所采用的优化设计方法能够显著提升空气静压主轴的静动态特性。     

动静压气体轴承的结构参数设计

针对人字槽狭缝节流动静压气体轴承的结构参数对轴承静态特性的影响，采用四因素三水平的正交试验法，以人字槽深度hg、人字槽宽度b、狭缝宽度z以及狭缝深度H为4种因素，以4种参数的3个不同取值为3种水平，组合成正交表。采用Solidworks软件、ICEM 软件以及Fluent软件对正交表中的各种组合的人字槽狭缝节流动静压气体轴承分别进行三维建模，网格划分以及仿真求解。根据仿真结果，利用灰色关联分析法分析与轴承静承载力、静刚度的关系最密切的轴承参数组合，及各个轴承参数对轴承的静承载力以及静刚度的影响程度，为动静压气体轴承的结构参数设计提供理论基础。     

Static characteristics of a water-lubricated hydrostatic thrust bearing with a porous land region and a capillary restrictor

In this paper, a water-lubricated hydrostatic thrust bearing with a porous land region and capillary restrictor is proposed, and the results of theoretical and experimental investigations of its static characteristics are presented. The results showed that the water-lubricated hydrostatic thrust bearing with a porous land region had good operating characteristics; in particular, it had a high load capacity and static stiffness close to that of a porous bearing when operating with a clearance of less than 15 μm, and a high load capacity and static stiffness equivalent to that of a pocket bearing when running with a clearance larger than 15 μm.     

新型动静压转台油膜力及动态特性研究

为研究新型动静压转台的油膜力分布与动特性变化情况,在充分考虑转台轴向速度产生的挤压流量的同时,基于流量平衡建立转台油膜力的数学模型,利用偏导数法推导转台轴向油膜刚度和阻尼的计算式。在固定负载和和恒定的供油压力下,分析转速对转台的静动特性的影响。分析结果表明:在固定负载和恒定的供油压力下,随着转速的增加,转台的油膜厚度逐渐减小,动压区的承载力逐渐增大,转台总泄漏量逐渐增加,转台轴向油膜刚度和阻尼均逐渐增大。所建的模型充分考虑了转台轴向速度产生的挤压流量,因而仿真计算更符合实际工况,为新型动静压转台的实际生产和性能研究提供理论支持。     

基于CFD的可倾瓦轴承静动特性研究

目前对于可倾瓦轴承的静动特性研究方法,主要是先研究单块瓦片的特性,再通过瓦片子系统的叠加得到轴承整体特性,在计算中忽略了瓦间间隙及瓦块相互之间的流场影响。用瓦块独立计算模型模拟理论计算中只考虑轴瓦与轴颈间隙流场的情况,整体计算模型考虑轴承瓦间间隙的影响,在Fluent软件中计算两种模型的静动特性参数,并进行对比和分析。计算结果表明,瓦间间隙对轴承流场的影响不能忽略,尤其是在涉及温度场计算时,瓦块独立计算模型计算的结果与整体模型计算结果相差很大。     

Dynamic Behavior of an Unbalanced Rotor on Lubricated Bearings

In this paper the dynamic behavior of an unbalanced rotor on journal bearings is experimentally investigated. The static unbalance values are obtained by two adjustable rings. Tests are performed for a variety of lubricant flow rates, static unbalance values, ratios of bearing length-to-diameter and lubricant viscosities.

The results of this study show that, from a qualitative point of view, there is good agreement with the theoretical predictions made by Lund and Nielsen, in particular for a bearing with an L/D = 1. However, it is shown that the oil flow rate greatly affects the dynamic behavior; this aspect is not adequately considered in previous theoretical investigations.     

对具有可倾瓦块和固定瓦块的混合型径向滑动轴承性能分析

本分析计算了顶部瓦块固定的可倾瓦径向滑动轴承（简称混合型轴承）的性能参数,与相同尺寸的可倾瓦径向滑动轴承相比,该种混合型轴承在承载能力,流量,摩擦功耗,平均温升等方面都发生了变化,具有明显的特点,最后的验测试验证了本所采用的分析计算方法是可行的。     

Analysis of aerostatic porous annular thrust bearings with tilt

A theoretical analysis is presented in order to predict the static characteristics of an aerostatic porous annular thrust bearing with a tilted runner pad. The flow through the porous matrix is assumed to be axial because the thickness of the pad is small compared with its radius. After the pressure in the porous matrix is obtained, the modified Reynolds equation is solved numerically using a finite-difference technique for the pressure distribution in the bearing clearance. The theoretical results are computed numerically in dimensionless form for the load capacity, mass rate of flow and static stiffness for various bearing dimensions and supply conditions. The results are presented in the form of design charts as a function of the feeding parameter. The effect of tilt is to improve the load capacity and the mass rate of flow.     

稀薄效应对动压气体轴承静动特性的影响

为研究稀薄效应对微小间隙下动压气体轴承静动态特性的影响,分别采用连续模型、一阶滑移模型以及在任意克努森数下都与线性玻尔兹曼方程解有较高吻合的WU新滑移模型,基于有限体积法建立考虑稀薄效应的静动态Reynolds方程,给出3种模型下轴承静态承载力与偏心率、轴颈扰动频率与轴承动特性系数的变化关系。数值分析结果表明:随偏心率的变化,连续模型预测的静态承载力最大,一阶滑移次之,WU新滑移模型预测的值最小;随着扰动频率的增加,考虑滑移模型计算的主刚度系数和主阻尼系数均有减小的趋势,且WU新滑移模型计算的主刚度系数和主阻尼系数明显低于连续模型和传统的一阶滑移模型。传统连续模型和一阶滑移模型过高地估计了轴承的静动特性系数,WU新滑移模型计算的结果更为准确。     

多孔介质空气轴承静态特性仿真分析

多孔介质空气轴承作为气浮导轨的关键零部件,其静态特性对导轨性能至关重要。采用有限体积法进行了多孔介质空气轴承静态特性仿真,设计了多孔介质平板试验。采用可压缩Forchheimer方程获得多孔介质的渗透率系数;采用X-ray断层扫描方法分离了多孔介质内部孔隙结构,并将孔隙结构细分获得孔隙度。分析了多孔介质CT三维扫描图像的最小重复单元。基于CFD方法对多孔介质空气轴承静态特性进行了数值模拟,对网格数量无关性进行了验证。结果表明:通过合理设计多孔介质的形状和大小以及气膜的厚度,空气轴承能够获得较好承载力和静刚度。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

动静压滑动轴承的稳定性分析

根据有限元法对几种类型动静压滑动轴承的计算结果讨论了它们静态承载能力及动态稳定性，并将３６０度圆柱孔动压滑动轴承和油腔式静压滑动轴承的静、动特性与几种动静压滑动轴承的静、动特性进行了对比，从理论上确定了动静压滑动轴承的承载能力优于油腔式静压滑动轴承，动静压滑动轴承的动特性优于３６０度圆柱孔动压滑动轴承。     

超临界二氧化碳动静压径向可倾瓦轴承实验台设计与实验研究

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)动力机组在启动和停止阶段气体轴承产生非常大的摩擦磨损,以及气体轴承承载力低、刚度低、阻尼小、稳定性较差等问题,设计并改进一种新型动静压S-CO₂润滑径向可倾瓦轴承结构。设计并搭建S-CO₂润滑轴承实验台,针对于实验台转子刚启动和极低转速工况,对新型S-CO₂润滑动静压径向轴承在静压状态下的动态特性进行实验研究,得到轴承的动态刚度和动态阻尼,并分析静压对轴承动态性能的影响。实验结果表明,设计的S-CO₂动静压径向可倾瓦轴承在启停阶段,在轴瓦与轴颈之间产生了足够的静压压力,可将二者完全分隔开,从而能减少启停阶段的摩擦磨损;随着静压压力的增大,轴承X、Y方向上的整体刚度、主阻尼都增大,且2个方向的主刚度系数差别不大,而交叉刚度和交叉阻尼都接近于0。研究结果为进一步揭示S-CO₂润滑径向轴承动压状态特性提供参考。     

主动控制节流气体润滑轴承静动态特性研究

将表面节流与主动控制节流相结合,提出了一种新型的主动控制节流气体润滑轴承,采用工程简化计算与有限元分析相结合,对轴承进行了理论分析,建立了该轴承的理论分析模型,较好地解决了数值计算中多重迭代与快速收敛问题,理论分析和试验研究结果表明,该轴承通过主动控制节流器对轴承压力的反馈控制,轴承静动态性能显著提高。     

基于基础解的电磁轴承静动特性计算方法研究

研究了电磁轴承静动特性的计算方法,定义了基于局部坐标系的电磁轴承静动特性基础解,推导了任意磁极结构的电磁轴承动力学特性与基础解之间的坐标转换关系;在此基础上提出了利用基础解计算任意磁极结构的电磁轴承静动特性的方法,该方法简捷、快速,是电磁轴承静动特性计算的一套规范化、标准化的方法。     

圆锥浮环动静压轴承动态特性实验研究

在圆锥浮环动静压轴承理论计算和分析的基础上，设计制造了该轴承试件，确定了相关的实验方案和实验装置。在二维油膜动特性系数实验原理的基础上，首次采用静一动法和二三次激振法相结合得到了内外膜共36个动特性系数。由实验结果绘制了不同转速和不同偏心率下的刚度系数曲线和阻尼系数曲线，并与理论计算结果进行了比较，二者取得了较为满意的一致。