多叶动压气体滑动轴承静态特性的有限差分算法

多叶动压气体滑动轴承因其结构简单、摩擦阻力低、旋转精度高和无环境污染等优点,在高速离心分离机、空气压缩机和透平膨胀机等旋转机械中应用广泛。为探究多叶动压气体滑动轴承的静态性能,通过数学变换将三叶动压轴承的气体润滑Reynolds方程转化为标准偏微分方程形式,利用有限差分法和超松弛迭代法进行数值求解,研究气膜厚度和气膜压力分布、承载力、摩擦因数和质量流量等静态性能,随偏心率、预负荷系数、轴承数、长径比及瓦块分布位置的变化规律。结果表明：三叶轴承的承载力和轴颈表面摩擦因数随偏心率和长径比的增加而增加,而偏位角和质量流量随偏心率和预负荷系数的增加则呈现出相反的变化趋势;随着轴承数和预负荷系数的增大,承载力和摩擦因数显著提高,偏位角和质量流量则逐渐减小;瓦块分布位置对三叶动压气体滑动轴承的静态性能影响显著,其中瓦上承载方式的承载力、偏位角和质量流量明显高于瓦间承载方式。     

轴瓦开槽的滑动轴承动压润滑数值分析

运用有限差分法求解Reynolds方程,建立了轴瓦开槽时滑动轴承动压润滑数值分析模型,讨论了轴瓦开槽对动压润滑油膜承载力的影响。通过修正偏心率和偏位角,得到外力与油膜承载力平衡时的轴心位置以及计算不同转速下滑动轴承中润滑油的端泄流量。数值分析表明:与无槽相比,轴瓦开槽时油膜承载力有所下降,且随着偏心率和宽径比的增大,降幅在不断增大;编制的搜索程序可以极大地缩短寻找平衡时的轴心位置过程。     

结构参数对滑动轴承润滑性能的影响

为探究结构参数对滑动轴承润滑性能的影响,以有限长径向滑动轴承为研究对象,基于流体润滑计算理论,建立了流体动压径向滑动轴承润滑模型,使用有限差分法求解Reynolds方程获得油膜厚度和压力,分析宽径比和相对间隙对滑动轴承动力学特性的影响。结果表明:有限长径向滑动轴承的压力三维分布图近似为连续的抛物面分布;适当增大滑动轴承的宽度,有利于滑动轴承润滑油膜形成,提高滑动轴承的承载能力;摩擦力矩和承载能力随相对间隙减小而增加,端泄流量随相对间隙增大而增大,相对间隙对偏位角无影响。     

UHMWPE复合材料水润滑轴承润滑状态转变性能研究

水润滑轴承润滑介质的黏度较低,轴承动压润滑难以形成。研究水润滑轴承润滑状态转变特性,可为水润滑复合材料轴承的设计和优化提供依据。建立水润滑轴承流固耦合计算模型,研究轴承承载力、水膜压力、轴承变形量随工况的变化关系,提出水膜厚度测试方法,研究轴承摩擦因数、水膜厚度随转速、负载的变化规律。研究结果表明:随偏心率和转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量均逐渐增大;随转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量的增幅逐渐减小。试验发现随着负载增大,改性UHMWPE轴承从混合润滑向动压润滑转变的膜厚比逐渐减小。     

考虑空穴压力的滑移表面径向滑动轴承性能研究

以给定转速的复合滑移表面径向滑动轴承为研究对象,基于二元滑移模型,利用质量守恒算法研究量纲一滑移长度(轴承滑移长度与半径间隙的比值)、偏心率和空穴压力对径向轴承的承载力、偏位角、摩擦因数的影响,并和非滑移表面径向轴承进行比较。研究表明:量纲一滑移长度增大,承载力增大、摩擦因数减小,当量纲一滑移长度超过10后,这些变化趋于饱和;偏心率为0时复合滑移表面轴承仍具有一定的承载力,适当提高偏心率,承载力增加、摩擦因数减小、稳定性提高;空穴压力对复合滑移表面径向滑动轴承静态性能影响明显。     

基于数值计算的偏心率与半径间隙对水润滑轴承性能的影响

采用Fortran编程语言,建立了水润滑径向轴承的数值模型。计算了半径间隙为0.8～1.3 mm之间、偏心率为0.2～0.9之间的各重要轴承性能参数。计算结果表明,随着半径间隙的增大,水膜压力在Y=0截面与θ=180°截面上均会降低,水膜厚度在两个截面上均会增大,但在周向方向最小膜厚处差异很小,在轴向方向无变化。同时,随着偏心率的增大与半径间隙的减小,最大水膜压力与承载力会增大,而最小水膜厚度与摩擦因数会减小。     

新型水润滑轴承材料的流体润滑性能分析

采用无限短近似简化Reynolds方程,对飞龙、赛龙及聚四氟乙烯3种新型水润滑径向轴承进行流体润滑的数值分析,探讨载荷和转速对3种轴承的偏心率和偏位角的影响。结果表明:水润滑条件下,不同材料的润滑性能是不同的,其中PTFE材料润滑膜压力及中心膜厚最大,飞龙材料最小;随着转速的增大,3种材料轴承的偏心率均减小,偏位角均增大;随着载荷的增大,3种材料轴承的偏心率增大,偏位角减小;偏心率太大则润滑膜太薄,必然导致过高的轴承温度,对轴承的工作不利。     

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。     

考虑应力偶效应的非牛顿磁流体轴承润滑性能分析

基于考虑应力偶和磁场的雷诺方程,对非牛顿磁流体润滑轴承进行数值分析。研究了不同应力偶参数、磁力系数对液膜压力、承载力以及偏位角的影响,并与牛顿流体数值结果进行比较。结果表明,相比于牛顿流体润滑剂,应力偶效应将显著改善轴承润滑性能,随着应力偶参数的增大,压力和承载力随之增大,且偏心率较大时,压力和承载力随应力偶参数的变化幅度明显;随着磁力系数的增大,压力和承载力相应增大,偏位角减小,且应力偶参数越大,磁力系数对压力、承载力及偏位角的影响越显著,同时液膜破裂初始点右移,空穴区域缩小。     

基于正交实验法的水润滑轴承结构参数优化设计

建立了8直槽水润滑轴承的数值模型，以偏心率、半径间隙、沟槽数量为影响因素，以摩擦因数、承载力为目标函数，进行正交试验，对水润滑轴承进行优化设计分析，结果表明：增大偏心率、减小轴承间隙、减少沟槽数量有助于降低摩擦因数与提高承载力。     

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.     

水基磁流体润滑轴承液膜承载特性分析

以磁流体轴承为研究对象,基于考虑磁场效应的数学模型,采用有限差分法离散求解二维修正的雷诺方程,并运用逐点松弛迭代法进行数值求解,得出轴承液膜厚度和压力分布,继而分析液膜承载力随着不同工作参数的变化规律。结果表明:磁流体轴承液膜压力分布呈现出对称性、非线性;随着磁彻体力系数的增大,液膜各点压力均有所增加,同时空穴区域缩小;液膜承载力随着磁彻体力系数、转速、偏心率以及宽径比的增加而增大,随着半径间隙的增大,液膜承载力减小。     

湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

以动静压气体径向滑动轴承为研究对象，考虑湍流润滑，基于有限差分方法求解引入湍流因子改良的可压缩雷诺润滑方程，计算湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的压力分布，获得轴承承载力、静态刚度、交叉刚度、主刚度、交叉阻尼和主阻尼等表征动静压轴承静动态特性的基本参数，并分析偏心率、槽深、槽数、长径比等结构参数及轴颈转速和供气压力等工况对轴承静动态性能的影响规律。结果表明：连续性狭缝湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的静态特性优于非连续性狭缝；轴承承载力随着偏心率、长期径比的增大而增大，随着槽区长度、槽深的增大而减小，槽数对承载力影响不大；轴承静态刚度随着偏心率的增大先增大后减小，随着长径比、槽深、槽数的增大而增大，随着槽区长度的增大而减小；较大的转速和供气压力有助于提升轴承的承载力和静态刚度；随着偏心率的增大，交叉刚度逐渐增大，主刚度先增大而减小，而交叉阻尼和主阻尼均增大。     

狭缝节流动静压气体径向滑动轴承性能研究

以狭缝节流动静压气体径向滑动轴承为研究对象,采用有限差分方法求解其可压缩气体润滑Reynolds方程,获得压力分布,进而获得轴承承载力、刚度、阻尼等表征滑动轴承静动态特性的参数,并分析偏心率、长径比、槽宽比等轴承的结构参数及供气压力和转速等工况对轴承动静态性能的影响规律。结果表明:在轴承其他参数确定的情况下,连续性狭缝轴承较非续性狭缝轴承具有更大的承载力和刚度;增大偏心率、长径比、供气压力和减小槽宽比均能增加轴承的承载力和刚度;大偏心率、高转速下轴承动压效应突出,可有效提高轴承的承载能力和稳定性能。     

增压器浮环轴承润滑过程数值分析

以流体滑动轴承的润滑理论为基础，分析研究了内燃机增压器浮环轴承的工作机理和结构参数与性能的关系。建立了浮环轴承力平衡、力矩及摩擦功率损失的方程式，探讨了轴承内外膜承载能力与相应转速比、间隙比、偏心率等参数之间的关系。结果表明：浮动套内外半径比增大，偏心率减小，承载能力增大；间隙过大或过小，难以形成润滑油膜，影响承载能力；索氏数（Sommerfeld数）越大，则轴承的承载能力也越大。     

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。     

考虑气穴影响的径向滑动轴承性能研究

建立计入气穴影响的径向滑动轴承的数学模型,以转速、偏心率和长径比为变量,利用FLUENT软件对径向滑动轴承进行仿真,分析油膜的承载力、偏位角、黏性阻力和温度的变化规律。计算结果表明:随转速、偏心率和长径比的增加,轴承最大压力、承载力、最高温度、气相体积分数和黏性阻力增大,而偏位角减少;气穴起始位置随偏心率的增大而前移,这为在实验中观察气穴位置提供参考;偏心率对油膜最大压力的影响大于转速,偏心率越大,油膜最大压力越大;气穴对轴承油膜承载特性有很大影响,结合实验中的油膜破裂现象,认为考虑气穴更为符合实际情况。     

浮环轴承结构参数对其动态特性的影响

基于摩擦学和流体动力润滑理论,对浮环轴承的偏心率及动态特性进行了研究。以浮环转速比为切入点推导出了浮环轴承润滑过程中偏心率与结构参数的变化关系,探讨了浮环轴承的动态特性与间隙比、浮环内外半径比的变化规律。结果表明,间隙比或浮环内外半径比的增加都将使浮环轴承总阻尼减小;而总刚度的绝对值随间隙比的增加而增大,随半径比的增加而减小。     

任意偏斜下水润滑橡胶艉轴承混合润滑性能*

为探究大偏心率(ε≥1)下水润滑橡胶艉轴承沿端面偏斜的混合润滑性能,综合考虑表面粗糙度、弹性变形、接触压力、偏斜角对水润滑橡胶轴承混合润滑特性的影响,提出大偏心率(ε≥1)下滑动轴承沿端面任意偏斜的膜厚计算方法,并应用于艉轴承缩比模型混合润滑分析。通过数值模拟研究重载条件下水润滑橡胶艉轴承水膜压力、接触压力随偏斜角的变化规律,分析偏斜角、偏斜方向角等对水润滑橡胶轴承混合润滑性能参数的影响。研究表明：在混合润滑条件下,轴颈沿端面偏斜对流体载荷影响相对较小,但会显著增强润滑界面的接触效应从而恶化其润滑性能;横向偏斜一定程度上会提高直槽式水润滑橡胶轴承的承载能力,偏斜角增加到一定程度时会引起最大水膜压力沿偏斜端反向移动;偏斜角对水润滑轴承润滑特性的影响在混合润滑阶段内较为显著,在弹流润滑阶段其影响将会削弱。     

透平式能量回收一体机水润滑转子稳定性研究

为了保障膜法海水淡化系统中透平式能量回收一体机的稳定运行,对一体机水润滑转子的稳定性展开研究。基于流体动压滑动轴承理论,同时考虑水润滑轴承和口环间隙水膜的流体动压润滑效应,在MATLAB平台上利用有限差分法、扰动增量法求解雷诺方程,得到水润滑滑动轴承及口环的动力特性系数,并对水润滑转子系统的动力学特征方程进行求解,进而判别转子系统的稳定性,研究了临界状态下系统转速与质量的关系。结果表明：口环间隙水膜的承载力在转子稳定性分析中不可忽略,否则将产生较大误差;考虑口环产生的动压润滑效应后,滑动轴承处水膜压力约减小40%,系统动力特性系数增加,系统的临界转速相较仅考虑滑动轴承时提升了3 000 r/min,临界质量提升了8.4%;滑动轴承的主刚度系数与交叉阻尼系数受转速的影响明显高于口环处。研究结果为提高海水淡化一体机水润滑转子系统的可靠性提供了参考。