变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

高速重载弧齿锥齿轮点接触热弹流综合分析*

针对高速重载弧齿锥齿轮节圆位置,基于热弹流润滑理论进行齿面润滑特性分析,研究不同工况锥齿轮油膜各特征（压力、膜厚、温升）二维轮廓曲线的变化情况。结果表明：高速重载的工况使得Hertz压力峰与二次压力峰出现合并的现象,并且弹流润滑中经典的中央油膜平坦现象并不显著,仅当温度降低使润滑油黏度增加时,才逐渐出现了中央油膜平坦的现象。为了在工程实践中能够有针对性地调整工况参数来改善齿轮的润滑状态,分析油膜特征参数对输入参数的敏感性,发现工况参数中对油膜最大压力的影响程度由大到小为弹性模量、黏度、转速、功率;对油膜最大温升与最小油膜厚度的影响程度由大到小为黏度、转速、弹性模量、功率。     

润滑油水侵对动压可倾瓦推力轴承润滑性能的影响*

针对核主泵、船用轴系等特定工况下推力轴承润滑油的进水问题,以46润滑油和68润滑油为例研究润滑油水侵对推力轴承润滑性能的影响。通过黏度测试获得润滑油中水分质量分数为0、0.5%、1.0%时的运动黏度,采用黏温曲线对润滑油含水前后的动力黏度进行表征。将润滑油的黏温关系代入推力轴承的润滑计算当中,获得不同含水量下轴承的最小油膜厚度、温升、流量及功耗等静态特性参数,并分析含水量对推力轴承起飞转速的影响。研究结果表明：润滑油含水后对最小油膜厚度和功耗影响较大,对温升和流量影响较小;随着润滑油含水量的增加最小油膜厚度和功耗均降低,而温升增大,流量减小;使用2种润滑油在不含水和水分质量分数为0.5%时的起飞转速都在50 r/min以下,水分质量分数为1.0%时起飞转速都在50 r/min以上,表明随着含水量的增加起飞转速增大。     

热效应对高速圆锥动静压轴承静特性的影响

为研究热效应对高速圆锥动静压轴承静特性的影响,建立具有深浅腔结构的圆锥动静压轴承的Reynolds方程、能量方程、深腔流量平衡方程及相关控制方程;采用有限元法和有限差分法对其进行离散,运用正系数法则对能量方程系数及常数项的离散系数进行处理,联立求解得到油膜压力分布与温度分布,计算出高速圆锥动静压轴承的静参数,并分析热效应对高速圆锥动静压轴承静特性的影响。结果表明:热效应使高速圆锥动静压轴承油膜压力减小,且转速越大,压力减幅越大,油膜温升越明显;计入热效应后,润滑油黏度降低,引起高速圆锥动静压轴承偏位角增大,轴向、径向承载力减小,端泄流量增大,摩擦力减小,且转速越高变化越显著。     

双矩形腔静压推力轴承内部流场动态分析

以Q1-205型双矩形腔静压推力轴承为研究对象,采用理论分析、动态仿真和实验测试相结合的研究方法,针对6种入口流速和3种工作转速工况油膜厚度变化对静压轴承的速度场、涡度及压力场进行了分析。采用动网格技术得出不同工况参数下膜厚与封油边流量、涡度、油膜压力关系曲线,揭示了油膜性能动态变化规律。研究发现,油腔内的低速区和高涡度区集中分布于逆流侧封油边处,且油膜厚度越小集中现象越显著,随着入口流速增大,油腔压力升高,低膜厚下高速时由于压力损失严重使得腔内压力随工作转速的增加而有所减少。     

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。     

快堆钠泵动静压导轴承润滑特性分析

快堆钠泵导轴承的润滑介质、工作原理以及润滑状态与传统滑动轴承均有显著不同,目前关于该类轴承的研究鲜有报道。为对钠泵导轴承设计和运行维护提供理论支撑,为以某快堆钠泵工程样机的内反馈轴承为研究对象,考虑紊流和动静压耦合关系等因素,建立了其润滑分析模型,采用自编有限元程序求解得到了典型工况下轴承的动静特性,分析了工况参数与关键结构参数对其润滑特性的影响。结果发现:钠液黏度低、密度大,紊流对液膜的润滑性能具有重要影响;当偏心率小于0.6时,主要由静压起主导作用,当偏心率大于0.6时,动压作用不可忽略,非线性效应增强;间隙增加最小油膜厚度线性增加、流量显著加大、稳定性下降;入口扬程增加,静压作用增强,流量增加,稳定性增强,典型工况下入口扬程应大于50 m才能保证轴承的高可靠性。     

油-气润滑参数对高速电主轴滚动轴承温升的影响

油-气润滑系统是高速电主轴单元的重要组成部分,它对高速电主轴滚动轴承的热态特性有着重要的影响.分析润滑油运动黏度、压缩空气压力、压缩空气流量在不同转速条件下对轴承温升的影响,通过对比分析得到三者对轴承温升和温升梯度的影响图.     

剪切稀化对径向滑动轴承润滑特性的影响

为研究润滑油的剪切稀化效应对径向滑动轴承性能的影响,考虑剪切稀化、紊流、质量守恒边界建立了轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元法求解了其润滑性能,通过对比理论与试验结果验证了理论分析模型的正确性,分析了不同转速、载荷和进油温度下剪切稀化对轴承润滑性能的影响规律(油膜厚度、油膜压力、温升、功耗、流量等),探讨了温度计算模型对剪切稀化效应的适用性。结果发现,剪切稀化效应对轴承润滑特性具有重要影响,其作用强弱与载荷和转速等条件强烈相关;轻载工况剪切稀化对轴承润滑特性体现为正面作用,重载工况体现为负面作用;发现温度计算模型对选用不当和定偏心计算是造成功耗等理论计算结果与试验之间存在较大偏差的两个主要原因。最后给出了工程上选用具有剪切稀化效应润滑油的适用工况与条件。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

润滑油黏度对全陶瓷球轴承腔体温度场分布规律的影响

为揭示全陶瓷球轴承在油润滑条件下内部温度场分布及变化情况,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以7007C氮化硅全陶瓷角接触球轴承为研究对象,利用仿真软件模拟分析不同工况和润滑油黏度条件下全陶瓷球轴承腔体内部温度场及润滑油的分布状态;在轴承寿命试验机上进行相同条件下全陶瓷球轴承的动态特性试验,研究在油润滑工况下全陶瓷球轴承的温升特性。结果表明：随着轴承转速的提高,全陶瓷球轴承腔体内温度呈增大趋势,腔体内润滑油体积分数呈减小趋势;更换不同黏度润滑油发现随着润滑油黏度的增大,全陶瓷球轴承腔体内温度场呈现先减小后增大的趋势,存在最优黏度值使全陶瓷球轴承腔体温度达到最小值,轴承服役性能表现最佳。研究成果为实际生产中全陶瓷球轴承最优润滑油的选择提供了技术参考。     

基于STAR-CCM+的高速角接触球轴承喷油润滑研究

喷油润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,喷油润滑条件下轴承温升特性是影响轴承动态工作稳定性的重要因素。基于两相流理论,以71904C角接触球轴承为研究对象,建立全轴承模型,采用旋转坐标系描述各组件运动,分析滚动轴承在不同参数下喷油润滑的两相流与传热效率的影响规律。结果表明：随着轴承转速增加,轴承搅拌力矩也相应增加,导致轴承内部温度升高;润滑油运动黏度增加,轴承内部流场搅拌力矩增加,导致轴承温度升高;轴承喷油速度增加,内部流场温度呈现先增加后降低趋势,因此存在一个最佳喷油速度使得轴承温升最低。     

精密磨床转台静压轴承的强健化设计

针对精密磨床转台静压轴承性能仿真数据与其回转精度实测数据不一致的问题，为提高转台静压轴承的设计水平，提出了静压轴承的强健化设计方法。该方法考虑了轴承结构参数在轴承全生命周期内的变化，分析了半径间隙、油腔尺寸、节流比及润滑油黏度在设计、加工、装配和服役4个阶段的变化规律，重点研究了半径间隙在各阶段对轴承性能造成的影响，给出了转台静压轴承的强健化设计流程。通过一个径向轴承的设计实例对该强健化设计方法进行了说明，并将设计结果与传统设计进行了对比。对比的指标是轴承在4个阶段的刚度、承载力和温升，这3个指标对轴承回转精度有直接影响。研究表明：进行强健化设计后，在生命周期内静压轴承的刚度和承载力的变化量为10%~27%，温度的变化量为0.5%~1.6%，较传统设计更能保证转台回转精度的稳定。     

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

超高转速条件下主轴轴承内部的润滑特性,是制约电主轴所能够达到的最高转速和影响其动态稳定性的主要因素之一.在油气润滑条件下,利用超高转速电主轴结构,通过改变供油量、转速、轴向预载荷等状态参数,测试反映主轴轴承润滑性能的油膜电阻和轴承部位的温度,对轴承内部的润滑状态性能进行试验研究.结果表明,转速和供油量是影响轴承内部润滑油膜电阻和轴承温升的主要因素,对应于某一转速等特定工况,总存在一个最佳供油量,使轴承能够处于最佳润滑状态;在超高转速条件下,轴承内部会出现严重的"乏油"现象,易导致润滑性能变差、轴承工况条件恶化等.     

弹流润滑状态下机床主轴轴承刚度特性分析

圆柱滚子轴承的刚度特性会对机床动态性能产生较大影响。在双列圆柱滚子轴承力学分析的基础上,综合赫兹接触与润滑油膜对轴承刚度的影响,分析了不同工况以及润滑参数下的轴承刚度变化特性。分析结果表明,弹流润滑产生的润滑油膜会使轴承综合刚度下降;随着外载荷的增大,赫兹刚度与油膜刚度均有所提升,轴承综合刚度提高;提升轴承预紧量有利于提高轴承综合刚度;随着转速的提升,轴承综合刚度呈下降趋势;润滑油动力黏度以及黏压系数的增大均使得轴承综合刚度下降。     

考虑润滑油黏温效应的动压滑动轴承性能分析

滑动轴承的相关研究很多都基于等黏度的情况下,这与轴承的实际工作情况有较大的出入。使用计算流体力学FLUENT通过编写的黏温方程UDF程序进行动压滑动轴承润滑油黏度的计算,并考虑黏温效应对动压滑动轴承性能的影响,比较等黏度与变黏度情况下动压滑动轴承的油膜压力与承载力、油膜的轴向与周向温度分布。结果表明:在考虑黏温效应条件下,轴承的承载力、油膜压力、摩擦力均小于定黏度条件下,这是由于温度升高导致黏度降低,从而减小了油膜静压力和承载力;在轴承轴向方向上,从油膜中心位置向两端部,油膜温度逐渐升高;在轴承圆周方向上,从收敛区到发散区,油膜温度先升高后降低,油膜温度峰值出现在轴承发散区的端部位置。     

Influence of Particles on the Loading Capacity and the Temperature Rise of Water Film in Ultra-high Speed Hybrid Bearing

Ultra-high speed machining technology enables high efficiency, high precision and high integrity of machined surface. Previous researches of hybrid bearing rarely consider influences of solid particles...     

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。     

考虑黏-温及空穴效应的低速滑动轴承润滑性能分析

在低速重载条件下,温度升高导致的润滑油黏度下降以及局部压力过低产生的油膜空穴,严重影响到油膜压力与承载力等润滑性能。为探究考虑黏-温及空穴效应的低速滑动轴承润滑性能,通过编写黏-温方程的UDF程序,建立滑动轴承的Fluent有限元模型,考虑Mixture多相流模型的空穴效应,系统计算轴承油膜在不同工况下的润滑性能,分析对比偏心率、轴系转速以及黏-温效应的影响作用。结果表明：考虑黏-温效应条件下的油膜最大压力、最大温度、承载力以及空穴区域气穴最大体积分数均小于黏度恒定的情况,轴系转速和偏心率的增大会导致空穴区域最大体积分数的增加。