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。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

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。     

考虑粗糙度的船舶水润滑高分子轴承弹流润滑性能研究

为了揭示表面粗糙度对船舶水润滑高分子材料轴承润滑性能的影响规律,开展水润滑轴承弹流混合润滑理论研究;建立考虑内衬材料粗糙度和弹性变形的水润滑轴承混合润滑模型,并对模型进行仿真验证;分析内衬粗糙峰对水膜厚度、水膜压力分布和承载能力的影响规律。研究结果表明：在转速增大的过程中,内衬粗糙度的增大会减缓水膜厚度的增幅比,使轴承需要更高的转速来进入流体动压润滑状态;减小轴承内衬粗糙度能有效降低轴承起飞转速,加快轴承由混合润滑转变为流体动压润滑的过程,减小轴承与轴颈的局部接触,降低轴承异常振动噪声发生的可能性。研究结果揭示了内衬粗糙度变化对轴承润滑特性的影响机制,为水润滑轴承的优化设计提供理论参考。     

考虑粗糙度时不同衬层材料水润滑轴承润滑特性比较*

以水润滑轴承为研究对象,考虑表面粗糙度的影响,针对丁腈橡胶（NBR）、赛龙、飞龙、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种新型非金属衬层材料建立润滑数学模型,并推导水膜厚度方程;采用有限差分法,研究考虑实际表面粗糙度时4种新型衬层材料的衬层变形、水膜厚度和水膜压力的变化规律,分析最大水膜压力和承载力随转速的变化,并与表面光滑轴承进行对比。结果表明：考虑表面粗糙度时水润滑轴承的衬层变形和水膜厚度均呈波状分布,衬层变形减小,最小水膜厚度变薄,而水膜压力有轻微的局部突变,最大水膜压力增大,承载力下降;4种材料的变形量和最小水膜厚度由大到小均依次是NBR、赛龙、飞龙、UHMWPE,水膜压力由大到小依次是UHMWPE、飞龙、赛龙、NBR。在相同工况下,NBR衬层材料比其他3种衬层材料相对容易形成润滑水膜,而UHMWPE衬层材料可以保证系统承受较大的承载力。研究结果对水润滑轴承材料选型和加工装配有一定的参考意义。     

乳化液润滑复合塑料轴承的弹流润滑分析

利用考虑惯性力的Reynolds方程,对乳化液润滑条件下复合塑料轴承的弹流润滑问题进行了数值模拟,讨论了载荷、转速和轴承轴径大小对乳化液膜压力和膜厚的影响.结果表明:在乳化液润滑条件下,惯性力对乳化液膜压力的影响很小,而对乳化液膜厚度的影响较大;随着载荷的增大,压力峰值有明显增大,而在入口区压力随载荷增大而减小,膜厚以及最小膜厚随载荷减小而明显增大;转速和轴承轴径大小对乳化液膜压力的影响不明显,而膜厚以及最小膜厚随转速增大而明显增大,随轴承轴径的增大而减小.     

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。     

海水润滑赛龙轴承热弹流润滑理论分析

利用Reynolds方程,对海水润滑条件下赛龙轴承在考虑热效应时的弹流润滑问题进行数值模拟,讨论载荷、转速和轴承轴径大小对海水润滑膜压力及膜厚的影响。结果表明:热效应对于水膜压力影响很小,而考虑热效应时的膜厚会有所减小;随载荷的增大,压力峰值有所增大,膜厚随载荷的增大有明显的减小;随转速的增大压力峰值减小,而膜厚随转速的增大而有明显的增大;轴径的大小对于水膜压力和膜厚的大小影响不明显。     

船舶可倾瓦推力轴承工况参数对润滑特性的影响

为研究船舶工况参数对可倾瓦推力轴承稳态和瞬态润滑特性的影响,利用Matlab建立船舶可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,考虑轴瓦的热弹性变形,联立黏温方程、能量方程、油膜刚度和阻尼系数方程求解模型,研究热弹性变形以及不同载荷和转速情况下船舶可倾瓦推力轴承的润滑特性。结果表明：考虑热弹性变形时,最小油膜厚度增大,最大油膜压力和最高油膜温度降低;在正常运行工况条件下,轴瓦的热弹性变形有利于改善推力轴承的润滑性能,轴承设计时应考虑材料的抗压性和耐热性;在转速不变时随着载荷的增大,最小油膜厚度降低,最大油膜压力、温度、油膜刚度和阻尼均增加,需要特别注意重载工况下轴承的动压润滑状况;在载荷相同的情况下,随着转速的提高,油膜厚度和油膜温度增大,油膜压力变化不明显,油膜刚度和阻尼随转速增大而降低,在转速较低时下降较为明显。研究结果为优化轴承设计、提高轴承运行的可靠性和稳定性提供参考。     

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。     

大型贯流泵水润滑导轴承数值模拟

利用Fluent软件对某大型贯流泵水润滑导轴承内部流场进行数值模拟,研究了不同转速下轴承水膜压力场分布情况,并分析了相关参数对轴承润滑水量及其静态性能的影响.结果表明:轴承水膜在高低转速下压力分布差异较大;动压效应显著时,轴承内部会产生倒流现象从而降低润滑水量;降低半径间隙、增大转速及供水压力能提高轴承承载力及刚度;降低转速、增大供水压力及半径间隙能提高轴承润滑水量.     

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。     

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。     

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。     

几种不同衬层材料水润滑轴承的润滑特性分析

以船舶水润滑轴承为研究对象,建立水润滑轴承双向流固耦合模型,采用有限元法研究偏心率为0. 6时,赛龙、飞龙、丁腈橡胶和超高分子聚乙烯4种不同衬层材料水润滑轴承的润滑特性。研究结果表明:转速一定时,4种衬层材料沿轴向和周向的衬层变形分布较为一致,其中丁腈橡胶衬层的变形最大; 4种衬层材料沿轴向和周向的压力分布趋势也较为一致,最大的压力值均出现在210°～270°之间,同时在270°～30°之间水膜压力波动较大。4种衬层材料的摩擦因数均随转速的增大呈现先增大后减小的趋势,其中丁腈橡胶的摩擦因数最大,超高分子聚乙烯的摩擦因数最小。     

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

人字槽径向气体动压润滑轴承特性分析

建立人字槽径向气体动压润滑轴承的数学模型,采用局部积分有限差分法在不连续求解域内推导出气体润滑Reynolds方程的差分形式,通过求解获得轴承间隙内的气膜厚度、气膜压力、轴承承载力等状态特性,并分析径向间隙、螺旋角、槽深比、槽宽比和槽数等轴承几何结构参数以及转速等工况条件变化对轴承承载能力的影响规律。结果表明:人字槽轴承的压力在圆周方向呈锯齿形分布,人字形压力带环抱在轴颈上,使轴承在各个方向上均能承载,从而提高了轴承的抗振性和平稳性;增大偏心率,减小气膜间隙,增大螺旋角,减小槽深,增加槽宽比,适当增加槽数,均可提高轴承承载力;人字槽结构能够更好地实现气体动压润滑轴承动压效应,提高了轴承的承载能力和稳定性能。     

润滑介质种类对气浮轴承性能的影响*

为研究润滑介质种类对于气浮轴承性能的影响,通过FLUENT对采用空气、二氧化碳、氢气与氦气作为润滑介质的气浮轴承进行数值计算,分别对静压轴承承载力随供气压力的变化趋势以及动压轴承承载力随转速的变化趋势进行分析;并对不同环境压力和温度下的二氧化碳润滑动压气浮轴承承载力变化趋势进行研究。数值计算结果表明:润滑介质种类对于静压、动压气浮轴承的承载特性均具有明显影响;不同润滑介质润滑下静压气浮轴承的承载力由大到小排序大致为空气、氦气、氢气、二氧化碳;不同润滑介质动压气浮轴承承载力变化趋势基本与润滑介质黏度变化趋势保持一致;二氧化碳润滑动压气浮径向轴承的承载力受环境温度与压力的影响主要体现在其工质黏度(随温度与压力)变化,二氧化碳润滑动压止推轴承的承载力随环境压力的增大近似呈线性增大。     

基于套圈变形的柔性轴承弹流润滑分析

以柔性轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹性薄壁圆环理论,建立柔性轴承等温椭圆点接触弹流润滑模型,对滚珠及内外圈滚道的接触区受载荷最大位置处进行弹流润滑数值分析;计算危险点的曲率半径、速度及载荷,分析载荷及速度变化对该位置润滑性能的影响。研究结果表明:套圈变形使得润滑接触区峰值压力增大、膜厚减小;柔性轴承弹流润滑油膜最小膜厚及中心膜厚均随载荷的增大而减小,油膜压力随载荷的增大而变大,表明载荷增大对柔性轴承的承载有一定影响;随转速的增大最小膜厚及中心膜厚均增大,表明在一定范围内,适当提高转速能够改善润滑性能。     

乳化液润滑轧辊轴承的弹流润滑分析

建立乳化液润滑轧辊轴承的数学模型,分别在等温和热条件下对乳化液润滑轧辊轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,讨论轧制力和转速对乳化液润滑膜压力和膜厚的影响。结果表明:等温条件下,当轧制力一定时,随着转速的增加第二压力峰增大,而膜厚及最小膜厚都增大;随着轧制力的增大,压力峰值有显著增大,但在入口区压力、膜厚及最小膜厚减小。热条件下,随着轧制力增大,膜厚和最小膜厚逐渐减小,而对压力几乎没有影响;随着转速的增大,膜厚和最小膜厚逐渐增大,压力逐渐减小,第二压力峰也逐渐降低甚至消失。