基于质量守恒边界条件的船舶艉轴承润滑性能分析

以船舶艉轴承为研究对象,基于质量守恒边界条件,编制相应的润滑仿真程序,研究艉轴承的润滑性能,探讨轴承润滑性能随轴承运行参数(如转速、轴承宽度、外载荷及空穴压力等)变化的规律。研究表明:质量守恒边界条件相比于雷诺边界条件,更加接近实际情况;空穴压力的增大并不总是有损轴承的承载力;随着空穴压力和轴承宽度的增大,偏心率和最大油膜压力都减小;随着外载荷的增加,油膜压力和空穴区域大小逐渐增大,呈现出很强的非线性趋势;随着转速的增大,油膜压力峰值减小;空穴区域随转速增大而增大,其位置会向最大轴承间隙处移动。     

计入JFO边界条件的滑动轴承性能分析

在有限体积法的基础上提出一种能自动引入JFO(Jakobsson,Floberg,Olsson)边界条件(即质量守恒边界条件)的有限宽径向滑动轴承的油膜空穴算法,该方法精度高,收敛性好,可方便编程求解。通过数值计算结果与实验数据的比较,证明该计算方法能准确确定完整油膜区和空穴区,其结果符合实际情况。同时,在该计算方法的基础上进一步研究滑动轴承的长径比、偏心率和空穴压力对油膜空穴和压力分布的影响,计算结果表明,空穴区域和油膜压力随长径比、偏心率的增大而增大;空穴并不总是降低轴承的承载力,空穴压力的大小对轴承性能有相当的影响。     

表面波纹度对油水两相润滑轧机油膜轴承弹流润滑的影响

以轧机油膜轴承为研究对象,建立油水两相流的弹流润滑模型,利用多重网格法及Fortran程序分析表面波纹度对轧机油膜轴承润滑性能的影响。结果表明:表面波纹度对轧机油膜轴承润滑性能的影响不可忽略,并且是不利的;考虑波纹度后,接触中心区产生明显的波动现象,最大压力增大,最小膜厚减小,润滑性能减弱;随着表面波纹度幅值和波长的增加,接触区波动幅度更加显著;在一定范围内随着油水两相流体中含水量的增加,压力增大,膜厚增加,润滑能力增强。     

轴颈倾斜对稳态滑动轴承性能的影响

在稳定状态下,当滑动轴承轴颈倾斜时,应用质量守恒模型,分析不同的轴颈倾斜角和倾斜方位对轴承的压力分布、最小油膜厚度、油膜最大压力、轴承的承载能力、摩擦系数以及空穴分布的影响。计算结果表明:与轴颈不倾斜时相比,当轴颈倾斜时,随着倾斜角增大,最小油膜厚度减小,油膜压力峰值增大,最小油膜厚度和油膜压力峰值的位置向轴承端部移动,轴承承载能力增大,摩擦系数变化微小,空穴区域形状由半圆形转变成新月形,倾斜角对轴承上述参数的影响大于倾斜方位的影响。较大的倾斜角可能会引起轴瓦磨损和振动,对轴承稳定运行有害,应尽量避免。     

基于质量守恒边界条件的应力偶流体润滑动载轴承特性

基于应力偶流体理论和改进的Elrod空穴算法对动载轴承的润滑性能进行数值摸拟.求解质量守恒边界条件的动载Reynolds方程,结果表明:与Reynolds边界条件下的结果相比,采用质量守恒边界条件得到的平均进油流量与平均端泄流量更加接近,更符合实际情况.数值求解基于质量守恒边界条件下,应力偶流体润滑的动载Reynolds方程,比较牛顿流体和应力偶流体对轴承的最大油膜压力、最小油膜厚度和端泄流量的不同影响.结果表明:应力偶流体使得动载轴承的最大油膜压力减小,最小油膜厚度明显增大,端泄流量减小,提高了动载轴承的承载能力.     

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。     

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。     

基于两相流的径向滑动轴承界面滑移分析

考虑空穴效应和轴瓦界面滑移效应,运用Fluent建立滑动轴承两相流模型,研究不同滑移区域、转速和黏度对油膜承载力及气穴分布的影响规律。研究表明:复合滑移表面比完全滑移和无滑移表面更能提高油膜压力和承载力,同时复合滑移表面能降低高体积分数空穴比例;转速增加能提高油膜压力和承载力,但油膜的高体积分数空穴比例会增加;黏度增加虽然能增加轴承承载力,但同时也加剧了发散楔区域的空化现象,使油膜稳定性下降。     

不同微结构静压轴承油膜流动特性研究

在剪切力和压缩力共同作用下,液体静压轴承黏性油膜的液阻和流速会发生变化,导致油膜的散热能力不稳定,而增加油膜流动阻力,减小流动速度可以有效提高油膜的散热能力。为增加流体的扰动进而增强换热,在静压轴承工作面上加工不同的微结构(矩形、三角形、椭圆形),通过数值仿真方法研究微结构在不同跨度、不同深度、不同间距下对轴承工作面油膜流动速度的影响,得到黏性油膜增阻减速的有效范围。结果表明：综合微结构深度、跨度、间距变化对油膜液阻的影响,矩形微结构增阻效果最明显,椭圆形微结构次之,三角形微结构最差;当微结构间距单一变化时,只有矩形微结构可起到降低流场平均速度的作用。因此,矩形微结构可起到增阻减速的作用,且增阻减速的最佳间距范围为0.01～0.04 mm。     

基于Fluent两相流空穴模型的三油槽轴承油膜特性分析

计入空穴效应,运用Fluent两相流模型分析三油槽滑动轴承湍流状态下的油膜特性,研究不同进油压力和润滑油黏度对油膜承载力和气穴的影响。研究表明:提高进油压力可以提高轴承的承载力、减少空穴区域的面积和高比例的气穴,从而防止完全空化的发生;润滑油黏度的增大虽然增加了轴承的承载力,但也加剧了油膜发散区域的空穴现象,并且增加了高比例的气穴比例,在实际应用中应合理地选择润滑油的黏度。     

圆柱滚子轴承织构化内圈挡边摩擦特性分析

将表面织构应用到圆柱滚子轴承内圈挡边,建立了织构化内圈挡边-滚子端面油膜润滑的数学模型。计算分析了微凹坑对套圈挡边-滚子端面油膜压力分布的影响,分析了微凹坑参数和工况条件对摩擦因数的影响规律;试验研究了在不同载荷作用下微凹坑面积率、凹坑深度和直径对轴承温升的影响。结果表明:圆柱形微凹坑可明显改善套圈挡边-滚子端面的油膜压力分布;在不同载荷下均存在最优凹坑面积率、最优凹坑直径及深度,且随着载荷增大,直径较大组织构表现出更优的减摩性能。与无织构组相比,当轴向载荷为40 N,内圈挡边分布直径为0.3 mm,深度为1.0μm,面积率为18%的圆柱形微凹坑时,轴承挡边最高温升降幅可达46.8%。     

空穴效应对倾斜轴颈轴承润滑性能影响的研究

为更准确地分析倾斜轴颈轴承的润滑性能,基于控制体积质量守恒原理,综合考虑宏观空穴和微凸体间空穴的影响,建立包括空穴区域在内的统一润滑控制方程,分析了宏观空穴和微凸体间空穴对润滑性能的影响。研究结果表明,空穴现象对最大油膜压力影响不大;宏观空穴现象使得轴承润滑油进口低压区域面积增大,形成较大的空穴区域,同时油膜出口边界滞后;微凸体间空穴使进口空穴边界和出口空穴边界均略微提前;在空穴区域,润滑介质密度低,空穴程度较大;微凸体间空穴对全润滑区域的润滑介质密度分布影响较大,特别是在空穴边界附近;宏观空穴对端泄流量、油膜力矩和油膜承载力有较大的影响,微凸体间空穴的影响可以忽略。     

可倾瓦推力轴承的分形表面形貌润滑性能研究

提出一种考虑表面形貌时可倾瓦推力轴承润滑特性的数值计算方法,采用分形函数重构了轴承润滑表面轮廓,并将表面轮廓参数整合到可倾瓦推力轴承润滑油膜的数值计算中,探索表面形貌变化对润滑特性影响.结果 表明,随着尺度系数或分形维数增大,楔形油膜的厚度逐渐变小并且油膜的最大压力逐渐增大,油膜的压力分布波动越剧烈;当尺度系数改变时,油膜厚度和油压分布幅值变化,但分布趋势保持一致,分形维数则对其幅值和分布趋势都有影响;当分形参数变化时,轴承整体的承载能力和摩擦力出现波动,但波动很小.轴承表面形貌误差会对整个轴承的油膜的稳定性造成影响,因此在可倾瓦轴承的设计制造中要控制润滑表面的加工精度,保障可倾瓦推力轴承运行稳定.     

内螺纹织构深度对涡轮增压器浮环轴承油膜动态特性的影响*

浮环轴承内螺纹织构深度会改变织构区域油膜厚度，导致浮环轴承油膜动态特性变化，从而影响涡轮增压器转子-轴承系统运行稳定性以及工作寿命。基于流体润滑理论，推导含表面织构的浮环轴承油膜控制方程，揭示内螺纹织构深度与浮环轴承油膜特性之间的关系。以某型涡轮增压器浮环轴承为例，分析内螺纹织构深度对轴承油膜最大压力、油膜承载力、刚度、阻尼等的影响。建立浮环轴承双油膜润滑分析流体动力学模型，利用CFD方法对油膜动态特性进行分析，研究织构深度从6 μm增至12 μm时的油膜特性。结果表明：在轴颈转速1×103~2.1×105 r/min范围内，随着织构深度的增加，油膜最大压力、内外油膜承载力、刚度阻尼系数呈现先增大后减小的趋势；在转速超过1×105 r/min后，织构对油膜动态特性系数提升更明显；与无织构轴承相比，织构深度为8 μm时，油膜承载力、刚度阻尼等动态特性提升最大。研究表明，在合适的织构深度下，织构可以改善油膜特性，提升轴承的运转稳定性，延长工作寿命。     

载荷及转速变化对低速重载轴承润滑性能的影响

为研究不同载荷、转速条件下,低速重载轴承的润滑性能,即油膜厚度、油膜压力及油膜流速的变化情况,利用Abaqus软件建立轴承流固耦合模型,得到油膜厚度在剖面中呈矩形分布,滚动体与内圈之间的油膜厚度小于与外圈之间的油膜厚度。接触区入口处的油膜压力逐渐增大,内滚道接触处的油膜压力大于相应的外滚道油膜压力。流固交面的油膜速度大于自由表面的油膜速度且接触区域的油膜速度最大。随着转速的增加,油膜厚度和油膜压力增加;随着载荷的增加,油膜厚度降低,油膜压力增加。     

复杂曲面反向工程的数字化测量及数据处理的研究

复杂曲面的数字化测量及数据处理是其反向工程的关键技术，将直接影响曲面重构的精度。针对复杂曲面的数字化测量和数据处理，提出了建立形状不规则零件测量坐标系的新方法和最佳测量规划，以及用Cimatron软件对测量数据进行高精度处理的方法，得到了反向工程中曲面重构的“点云”数据。     

刀具表面微结构对流体润滑状态的仿真分析

为探讨刀具表面微结构的润滑情况和减摩机制,使用流体软件FLUENT仿真分析刀-屑接触面间润滑流体的流动情况,研究不同微结构面积率、深度及形状参数下润滑流体的压强分布、承载力、入口质量流速等,得到微结构优化参数;同时分析油膜上壁面运动速度及油膜厚度对润滑性能的影响。结果表明:随微结构区域面积率的增加,动压效应先增大后减小,总承载力持续下降;随着微结构深度的增加,总压承载先增大后趋于稳定,但动压效应总体趋于减小;正方形凹坑的总压承载情况较好,直沟槽的动压承载最好,波浪形沟槽的动、总压承载都较好;随着油膜厚度的增加,总压呈现下降趋势;随着油膜上壁面运动速度的增加,入口质量流速急剧增加,油膜上壁面的总压承载变化很小,动压承载急剧减小。优化的微结构可以减小刀-屑界面的摩擦,延缓刀具磨损,且切削速度和油膜厚度的选择可指导实际加工参数的设定。     

滚道曲面几何参数对球轴承性能影响的数值研究

为探讨深沟球轴承内外滚道与滚动体之间的配合曲面的几何形状对轴承性能的影响,采用数值模拟的方法研究了球与圆弧曲面接触的弹流润滑问题,并讨论了外滚道曲面的两种曲率半径对深沟球轴承有关摩擦学性能的影响。结果表明,在载荷不变的情况下,随着滚道横向曲率半径的增大,二次压力峰值逐渐减小,最小油膜厚度先是增加然后减小,存在最大值;而随着滚道圆周滚动方向曲率半径的增大,油膜厚度不断减小,说明滚道圆周滚动方向上的曲率半径小时具有更好的润滑状态。     

内燃机曲轴—轴承系统曲轴变形引起的轴承润滑状态变化对曲轴强度的影响

在计及曲轴变形的轴承润滑分析的基础上,应用得到的轴承油膜压力分布作为载荷边界条件计算曲轴应力和强度,以分析目前曲轴强度计算中作用在轴颈上的载荷普遍采用假设的轴承油膜压力分布形式对结果精度的影响。计算中采用整体曲轴梁单元法计算曲轴变形和轴承负荷,采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,应用有限元法计算曲轴应力。结果表明,计及曲轴受载变形的影响时,轴承油膜压力产生偏布且最大油膜压力明显增加,导致曲轴轴颈过渡圆角表面局部区域的应力数值明显增大,曲轴安全系数减小。因此为使曲轴设计更加合理、更接近实际,曲轴强度计算时应取曲轴—轴承系统为研究对象,根据轴承润滑分析实际计算结果,确定作用在曲轴轴颈上的载荷分布。     

基于微极性流体润滑的有限长动载轴承特性研究

基于微极性流体模型对有限长动载轴承的润滑性能进行了数值模拟。推导了动载情形下微极性流体润滑的Reynolds方程,比较了牛顿流体和微极性流体对轴承的油膜压力、最小油膜厚度和端泄流量所产生的不同影响。结果表明:微极性流体使得动载轴承的油膜压力明显提高,油膜厚度明显增大,而端泄流量则有所降低。