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.     

考虑混合润滑的飞机燃油泵径向滑动轴承静特性分析

针对飞机燃油泵径向滑动轴承润滑油黏度极低、润滑油膜形成难、表面易磨损等问题,通过综合考虑紊流、热效应、质量守恒、温黏效应及混合润滑边界等因素,建立轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元方法联立求解雷诺方程、能量方程、接触方程得到轴承的静态特性,研究轴承间隙比、宽径比、转速、载荷、进油温度等对轴承静态润滑性能如油膜厚度和油膜压力的影响规律。结果表明：由于航空煤油动力黏度低,造成轴承的浮起转速高（大于5 500 r/min）,极限承载力低（小于37 N）、油膜厚度过低;降低进油温度、适当减小间隙,增加轴瓦宽度有利于增加油膜厚度,提高轴承可靠性。研究结果对飞机燃油泵径向滑动轴承设计与运行维护具有一定的工程借鉴价值。     

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.     

基于FLUENT的径向滑动轴承紊流润滑特性研究*

为研究计入黏温效应的径向滑动轴承紊流润滑特性,以某汽轮发电机径向滑动轴承为研究对象,基于FLUENT两相流模型建立计入黏温效应的高速、大功率、重载滑动轴承紊流润滑状态下的仿真分析模型;采用Creo软件建立三维油膜模型并导入ICEM软件划分结构化网格,通过编写的黏温方程UDF程序来定义润滑油黏度属性;基于建立的FULENT模型研究定黏度与变黏度条件下偏心率和雷诺数对轴承紊流润滑特性的影响,并将仿真结果与广泛应用的Ng-Pan紊流润滑理论结果进行对比,验证仿真结果的正确性。研究结果表明：考虑黏温效应后,轴承最大油膜压力、最大油膜温度显著降低,承载力、摩擦力有所减小,而摩擦因数、端泄流量有所增加。     

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。     

气穴和热效应影响下高速动压滑动轴承静特性研究

针对高速动压滑动轴承实际工况,引入气油两相流密度模型和黏温关系,建立变密度、变黏度的Reynolds方程和能量方程及相应边界条件。采用有限差分法联立求解,得到不同转速、含气率、偏心率下油膜的温度分布、压力分布、密度分布及各静特性参数。结果表明:计入气穴和热效应影响时,油膜的最大压力、承载力、摩擦力均减小,端泄量增大,且转速越高、含气率和偏心率越大,影响越明显。     

计及润滑流体热效应的高速静压滑动轴承性能分析

为了研究高转速下润滑流体特性对静压滑动轴承润滑性能的影响,通过考虑热效应下润滑流体的黏度、密度和比热容来对轴承性能进行分析,提出了一种结合自定义函数程序来引入润滑流体热效应关系求解纳维-斯托克斯(NS)方程的方法。以某高速滑动轴承为例,计算分析了润滑流体各个因素对轴承性能的影响,最后与不计及润滑流体特性的情况进行了对比。计算结果表明,计及润滑流体热效应的油膜特性分布,随着温度分布的不同而有显著的变化;黏度对轴承性能参数起关键性的作用,但是在考虑热效应下,密度对最大油膜压力有一定的降低作用,而比热容对最大油膜温度和轴颈摩擦功耗的影响较大,综合考虑才更符合实际工况。计算结果对研究热效应下油腔结构对流体特性的影响以及润滑油的选择等有指导意义。     

污染物离心附着现象对水润滑动静压滑动轴承的热弹流影响

建立了污染物离心附着的弹流润滑几何模型,采用考虑了热效应的Reynolds方程,针对水润滑动静压滑动轴承因为润滑剂污染的问题进行热弹流理论分析。研究了污染物离心附着现象对轴瓦表面纹理的影响以及接触区润滑膜的压力膜厚变化,分析了由于污染物离心附着堵塞进水孔对接触区润滑膜压力膜厚的影响,探究了污染物附着层对接触区温度场的影响。结果显示:污染物的离心附着现象有效改善了轴瓦表面的粗糙形貌,并缓解了接触区的膜厚波动现象;污染物对进水孔的堵塞程度越大,供水压力越小,接触区的最小膜厚越小,最大压力越大,不利于轴承润滑;污染物附着层对水润滑动静压滑动轴承接触区的温度场有影响,当污染物与轴瓦材料的物性参数相差越大温度场变化越大,反之则变化不大。     

大偏心下滑动轴承热弹流润滑状态及特性*

滑动轴承在大偏心条件下工作时，热效应及弹性变形使得油膜润滑状态发生变化，进而影响摩擦特性。为此建立耦合轴瓦弹性变形、轴颈轴瓦粗糙峰接触、油膜温度分布及黏温-黏压关系的滑动轴承混合润滑模型，采用有限差分法求解得到不同工况下油膜压力场、温度场分布，分析热效应及弹性变形对润滑状态转变及轴承各特性参数的影响；搭建实验台测量试件内表面温度分布，测试结果验证了计算模型的正确性。结果表明：大偏心时热效应和弹性变形使得油膜润滑状态出现转化；粗糙峰的接触使摩擦热增加，且在最小油膜处形成温度峰值；热效应和轴瓦弹性变形使得接触压力峰值集中在轴承两端，承载能力和摩擦力均有所下降。     

考虑紊流效应和温黏关系的滑动轴承故障分析

为了研究气轮发电机组滑动轴承发生的轴瓦破裂、碰磨故障的原因,从考虑轴承润滑问题的紊流效应和温黏关系出发,采用有限元法求解了广义Reynolds方程、能量方程和热传导方程,得到额定负载下的油膜压力、温度和厚度分布,从而解释了所研究轴承的故障现象,即轴瓦破裂位置出现在最小油膜厚度位置的下游。     

新型球面固定套轴承球坐标润滑理论研究

考虑球面固定套轴承的特殊结构,建立球坐标润滑理论,具体方法为在球坐标下推导出Reynolds方程与考虑径向和轴向偏移的膜厚方程,运用有限差分原理与MATLAB软件进行编程求解,评估所建立方程的适用性,分析偏移率、牙轮转速以及轴承间隙对球面固定套轴承润滑性能的影响。结果显示:考虑径向和轴向偏移的膜厚方程以及所建立的Reynolds方程能够体现滑动轴承的形状特征和动压效应,表明在球坐标下所建立的润滑理论适用于球面固定套轴承;偏移率和转速的增大能够使得油膜压力和承载力增大;在油膜厚度没有达到最小临界值时,减小轴承间隙能够增大油膜的最大压力,进而提高轴承的承载能力。     

混合流态下径向滑动轴承的静态特性研究

以无限宽径向滑动轴承为研究对象,考虑油膜中同时存在层流和紊流两种流态,基于层流、紊流润滑理论,联立求解雷诺方程、能量方程和温黏方程,分析油膜中流态变化,得到压力分布、承载力、摩擦力和最高温度等特性参数。结果表明:随着转速的升高和偏心率的增大,油膜内流体从完全层流转变为完全紊流要经过一个复杂的流态变化过程;与单一层流流态相比,混合流态下油膜承载力和摩擦力较大,温升较高,黏度变化较大,这表明流态的改变和热效应对轴承特性有着不可忽略的影响,在计算轴承特性时,应准确判断油膜中流态,并考虑热效应的影响。     

不同工况下空穴效应对滑动轴承润滑性能的影响

目前径向滑动轴承的润滑分析一般认为油膜只有正压区,而实际中全周径向滑动轴承的油膜均有负压区存在。基于质量守恒边界条件,对Elrod算法进行改进,得到能自动确定动态边界的控制方程和完整油膜区与空穴区的统一润滑方程;对不同工况下的径向滑动轴承的润滑性能进行数值摸拟,分析空穴效应对滑动轴承润滑性能的影响。结果表明:在相同工况下,计及空穴效应时轴承油膜压力存在区域和分布与Reynolds边界条件的结果相比存在差异;在不同工况下,空穴效应对滑动轴承油膜压力分布和润滑性能存在不同的影响,如使轴承端泄流量明显变化、摩擦功耗略有增加。可见,空穴效应对径向滑动轴承润滑性能的影响不一定都是有利的。因此,在进行径向滑动轴承设计时,综合考虑不同工况下空穴效应对径向滑动轴承润滑性能的影响是非常必要的。     

倾斜轴颈轴向运动对粗糙表面径向滑动轴承润滑性能的影响研究

通常对轴-径向滑动轴承进行润滑分析时,均忽略多种因素综合作用下轴颈沿轴承轴线方向的运动状况,与轴-轴承系统中轴承的实际工作状况存在较大差异。以轴-轴承系统为研究对象,综合考虑轴颈轴向运动、表面形貌和轴颈倾斜,基于平均Reynolds方程,建立了耦合轴颈轴向运动的粗糙表面径向滑动轴承润滑模型,主要探讨分析轴颈轴向运动对粗糙表面倾斜轴颈轴承润滑特性的影响。结果表明：倾斜轴颈轴向运动对粗糙表面径向滑动轴承润滑特性影响显著;与不考虑滑动表面粗糙度相比,考虑滑动表面粗糙度时轴颈轴向运动对轴承润滑特性的影响程度有所降低;轴颈轴向速度越小,滑动表面粗糙度对轴承最大油膜压力、承载力和稳定工作力矩影响越大;轴颈轴向速度越小,粗糙度模式对轴承润滑特性影响越显著。因此,对粗糙表面倾斜轴颈径向滑动轴承进行润滑分析考虑轴颈轴向运动的影响是非常必要的。     

计入温黏效应的高速径向动压轴承特性分析

以高速径向动压轴承为研究对象,分析温黏效应对油膜静、动态特性的影响;通过联立求解二维雷诺方程、能量方程和温黏方程,得到油膜压力分布、温度分布和黏度分布,进而求出承载力、摩擦力等静特性系数和刚度系数、阻尼系数。计算结果表明,油膜温度由入口处沿周向上升,在破裂边前达到最大,温度沿轴向变化不大;计入温黏效应,油膜偏位角增大,承载力、摩擦力和侧泄量均减小,且随着转速升高和偏心率增大,变化趋势愈加明显;计入温黏效应,油膜动特性系数明显减小,且转速越高、偏心率越大影响越显著。     

计及轴颈轴向运动的径向滑动轴承润滑分析

以轴-径向滑动轴承系统为研究对象,综合考虑轴颈轴向运动和倾斜,建立了倾斜轴颈的轴承的流体动力润滑模型,采用有限差分法求解Reynolds方程,分析了不同的轴颈倾角、转速、偏心率和轴承间隙下的轴颈轴向运动对倾斜轴颈的轴承润滑性能的影响规律。结果表明：轴颈轴向运动对倾斜轴颈滑动轴承润滑特性影响显著,且影响程度与轴颈倾角和转速有直接的关系,倾角越大,对轴承润滑性能的影响越大,转速越低,对轴承润滑性能的影响越显著;轴承间隙越小,对轴承润滑性能的影响越大。     

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。     

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.     

滑动轴承的压力分布与功耗数值计算

以Reynolds方程为基础，对径向滑动轴承的液体动压力润滑产生的油膜进行压力分布和功率损耗计算分析。从数值上理论推导出无量纲的二维Reynolds方程，并给出Reynolds边界条件；利用有限差分法对二维Reynolds方程进行离散推出其迭代形式，并利用超松弛迭代法求解；以工程实例计算滑动轴承油膜压力分布和功率损耗，并分析了偏心率、宽径比对轴承润滑性能的影响。该方法流程可用于工程中滑动轴承的压力分布和功率损耗计算，有利于设计人员的设计选型。     

微观表面形貌对角接触球轴承热弹流润滑的影响

建立角接触球轴承的热弹流润滑数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对润滑条件下的角接触球轴承在考虑表面粗糙度时的弹流润滑问题进行数值模拟。在缺乏实测数据的情况下,采用了涉及轴承滚道和滚球体面上的余弦粗糙波数学模型,分析考虑热效应的角接触球轴承的表面粗糙度对压力和膜厚的影响。结果表明:考虑x和y方向的粗糙度函数可以更好地模拟轴承滚道及滚球体表面的形貌特征,由此计算出的压力和油膜分布更贴近工程实际;考虑两方向的粗糙度后,压力和油膜分布与单方向粗糙度有所不同,增大粗糙度波长和减少波幅有利于减小压力,增大膜厚,改善润滑。