液体静压主轴热态特性多物理场耦合仿真与实验研究

液体静压主轴在加工过程中受热源影响发生热变形,会影响机床加工精度。针对一种超精密卧式辊筒加工机床的液体静压主轴,建立主轴生热与散热的理论模型,采用有限体积法与有限单元法建立主轴的流-热-固耦合仿真模型,考虑油膜区域散热条件,分析主轴工作到稳态下的温度场以及产生的轴向热误差,并通过试验验证仿真模型的正确性和准确性。应用该模型分析主轴转速、供油压力、液压油黏度、油膜间隙以及轴向封油边长度对主轴温升的影响。结果表明,主轴温升随主轴转速、液压油黏度、封油边长度的增大而增大,随供油压力、油膜间隙的增大而减小。因此,在满足主轴性能的前提下,使用较低的主轴转速、较大的供油压力,选择小黏度的液压油、较大的油膜间隙以及较短的封油边长度可以有效地降低主轴的温升。     

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。     

油水两相流对轧机油膜轴承等温弹流润滑的影响

研究轧机油膜轴承润滑油混入冷却水形成的油水两相流对轴承等温弹流润滑的影响。建立油水两相流体模型和弹流润滑方程,研究油膜轴承在等温条件下的润滑特性,分析流体润滑膜的压力、膜厚随含水量、滑滚比、轴颈间隙、主轴转速和轧制力的变化关系。结果表明:随着含水量的增加,油水两相流体由油包水流型转化为水包油流型,压力变化不大,膜厚先增加后减小,油包水流型作为润滑剂时润滑性能最优;随着滑滚比和轧机油膜轴承主轴转速的增加,压力减小、膜厚增加,而随着轴颈间隙和外部轧制力的增加,压力增加、膜厚减小。     

空间应用高速转子轴承润滑特性分析

针对空间用高速转子轴承的润滑失效问题,综合考虑接触几何、真实粗糙表面形貌、弹性变形、润滑剂流变特性以及滚珠高速自旋特性等因素的影响,建立角接触球轴承的混合润滑统一模型;分析转速、载荷、真空、高低温等工况环境条件对轴承微观传动界面接触与润滑特性的影响规律,并针对算例给出各种润滑状态之间的临界转速。结果表明:随着转速的提高,轴承接触界面润滑状态逐渐改善;除了极低转速,轴承接触界面压力峰值总体随载荷增大而增加;油膜厚度随着大气压强的增大而增大,界面压力峰值随着大气压强的增大而减小;油膜厚度随着温度的增加而减小,界面压力随温度的升高而增大;低速条件下离心力、微重力引起的入口区域乏油对润滑特性影响较小。     

动静压轴承支撑高速主轴系统基本性能分析

以高速主轴水润滑动静压轴承为基础,在双动静压轴承支撑主轴系统实验平台上,分析转速、供水压力、载荷等基本运行参数对系统基本性能的影响,并采用不平衡轴承质量法识别了系统支撑轴承的动特性系数。结果表明:轴承-转子系统静态刚度随供水压力和载荷的增大而增大;流量随供水压力升高而增大,而随转速变化较小;利用不平衡轴承质量法识别系统支撑轴承的动特性系数与理论一致性。     

滑动轴承动压特性的影响因素研究

以某发动机惰齿轮轴承为研究对象,采用一维动力学方法进行多工况计算,针对油孔布置、载荷方向、载荷大小、轴承转速4种因素,分析滑动轴承润滑油流量、最小油膜厚度、偏位角、最大油膜压力4个动压特性参数的变化规律。结果表明：油孔布置和载荷方向主要对润滑油流量有明显影响,而对其他3个动压特性参数影响较小;油孔数量越多,油孔在圆周方向上越靠近油膜厚度最大处,则润滑油流量越大;油孔分布越均匀,因载荷方向改变引起的流量波动越小;载荷大小和轴承转速对4个动压特性参数都有明显影响;随载荷增加,最大油膜压力大致呈线性增加,而其他3种动压特性的变化速率降低;随转速增大,最大油膜压力减小的速率逐渐降低,而其他3种动压特性大致呈线性增加。     

高压供油泵凸轮轴润滑特性的热流固耦合分析

受多因素的影响,能量方程过于复杂,在结合能量方程求解油膜温度时需对能量方程进行简化,而简化后的能量方程未必能反映真实的油膜温度。为更好地反映真实的油膜温度,建立一种可代入温度实验数据或导入软件计算的温度数据的黏温效应一维计算仿真模型。基于Workbench实现考虑主轴产生变形及黏温效应影响的油膜-主轴双向热流固耦合分析,研究黏温效应对主轴摩擦副油膜特性的影响,并对黏温效应影响下不同转速下的油膜特性进行分析。结果表明:无论是否考虑黏温效应,主轴转速的增加都将导致油膜压力、温度、最小油膜厚度及主轴形变呈上升趋势;考虑黏温效应时,主轴油膜压力和油膜承载力下降,且随着转速提升,黏温效应对油膜最大压力及承载力的影响愈趋明显,故高转速下尤其需要考虑黏温效应对油膜润滑的影响。     

循环冲击载荷作用下滚滑轴承滚子的润滑特性研究

为探究冲击载荷对滚滑轴承润滑性能的影响,设计一种轮子扁疤系统,以模拟轴承受到的循环冲击载荷,利用数值分析法对比研究冲击载荷作用下滚滑轴承的润滑特性及不同工况对滚滑轴承滚子润滑的影响。结果表明：滚滑轴承的滚子润滑受冲击载荷的影响小于滚动轴承;冲击载荷发生前,滚滑轴承滚子油膜有高于油膜中心压力的第二峰值压力,油膜出口区有明显缩颈现象,随冲击载荷的增大,第二峰值压力虽会逐渐减小,但不会消失;冲击载荷频率越大,最小油膜厚度越大,冲击载荷幅值越大,滚子油膜厚度越薄;滚子油膜厚度随润滑油黏度、转速的增加而增加。     

基于热流固耦合理论斜-平面曲轴止推片润滑性能分析

利用数值分析方法,建立斜-平面曲轴止推片单向热流固耦合模型,分析不同油膜厚度对斜-平面曲轴止推片润滑能力、温度场及变形的影响规律。结果表明:油膜的压力场、温度场、壁面切应力的峰值随油膜厚度的增加而降低,随转速的增加而上升;空穴现象亦有同样的规律,但主要发生在与油沟接触的平面区域上;轴瓦出口湍泄量及摩擦因数随油膜厚的增大而增加,随转速的升高而增加;转速越高摩擦功耗越大,而油膜厚度越大摩擦功耗越小;止推片温度场随油膜厚度及转速的变化规律与润滑油膜的温度场相同;止推片变形主要受温度影响,油膜厚度越小、转速越大变形越大。     

航空发动机滚动轴承内油气两相流动与温度场的数值模拟

基于VOF方法和滑移网格技术,研究喷射润滑下主轴承内部压力、温度场及油气体积比随转子转速及滑油流量的变化规律。给出滑油在轴承内的相界面分布,描述轴承内油膜分布及运动。结果表明:轴承内压力和油气两相在轴承内分布不均匀;油液体积分数随转速的升高而降低,随供油量的增加而增加,呈非线性关系;轴承内最高工作温度随主轴转速的增加而增加;轴承润滑效果与供油量有直接的关系,不同的转速下对应不同的最佳供油量。