超高速主轴轴承内部润滑状态分析

基于稳态Ree-Eyring模型点接触热弹流润滑理论,采用多重网格法分析了油气润滑超高速主轴轴承在不同结构参数和工况条件下内部各接触区域的润滑状态;通过对轴承内部球与内、外套圈滚道之间的润滑状态进行系统仿真,分析了轴承转速、轴向预载荷、球径和初始接触角等基本参数对超高速主轴轴承内部润滑状态的影响。结果表明:超高速运行状态下的主轴轴承,其内部接触区的润滑油膜温度急剧升高,制约着电主轴轴承极限转速的提高;优化轴承的球径和初始接触角可使轴承内部接触区达到最佳的润滑状态;轴承的轴向预载荷对内部接触区的润滑状态影响不大。     

环面接触复层多孔轴承热流体动压润滑性能及生/传热机制分析

为分析热效应对多孔环面接触复层含油轴承流体润滑性能的影响,建立环面接触复层含油轴承系统的热流体动压润滑模型,数值分析轴承系统的温度场及速度场分布,讨论考虑热效应时的复层含油轴承流体润滑问题及其生热、传热机制。结果表明：从轴承底面到摩擦对偶面,温度呈先升高后降低趋势,径向上温度随着半径增加而升高,系统的最高温度位于油膜区外环面上的最小膜厚处;轴承系统中的热量主要由油膜相对剪切发生,周向相对运动速度是系统生热的主要影响因素,温度与周向速度的分布形态相似,油膜产生的热量通过对流换热逐渐向多孔轴承中传导,轴承表层厚度或渗透率降低,对流换热效果变差,轴承系统中温度升高,热效应对润滑性能的影响变大;考虑热效应后,油膜润滑性能变差,但数值分析精度提高,数值结果更接近试验实测值。     

超高转速条件下主轴轴承内部油膜阻尼研究

在受力分析的基础上,利用弹性流体动力学润滑理论和多种网格法,计算超高转速条件下主轴轴承内部球滚动体与内、外滚道之间的润滑油膜厚度,以及轴承内部的润滑油膜阻尼。结果表明,超高转速条件下,转速增加,轴承内部弹流润滑油膜阻尼减小,这不利于减小转子系统的动态响应;径向预载荷增加,轴承内部弹流润滑油膜阻尼增加,有利于减小转子系统的动态响应。超高转速条件下,运行速度和径向预载荷对轴承内部润滑油膜阻尼的影响较大,在研究超高速电主轴轴承-转子系统动力学和动态响应时,应充分考虑油膜阻尼的影响。     

不同衬套材料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,利用考虑热效应的Relnolds方程建立了油水两相弹流润滑模型,对比了3种常用衬套材料对轧机油膜轴承润滑性能的影响,结合轧机油膜轴承的特殊工况讨论了不同含水量、主轴转速和轧制力下的油水两相流体的润滑特性。结果表明:3种衬套材料中,巴氏合金的最大压力及中心压力最小,整体膜厚、中心膜厚及最小膜厚值最大,润滑性能最好,最大温度最大,散热性最好,选用巴氏合金作为衬套材料最为合适;油膜进水后随着含水量的增加,最大压力减小,润滑膜入口区的压力增大,最小膜厚增大,润滑性能提升;随着主轴转速增加,润滑膜最大压力减小,入口区压力增大,最小膜厚增加;随着轧制力的增加,最大压力增大,入口区压力减小,最小膜厚减小。     

油水两相流对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响

研究润滑油中混入水后对轧机油膜轴承热弹流润滑的影响。建立油水两相流体的数学模型,以及轧机油膜轴承热弹流润滑的数学方程,利用多重网格法及多重网格积分法对上述方程进行求解,并分析润滑膜压力、膜厚随含水量、主轴转速、轧制力的变化关系。结果表明:与纯油润滑相比,油水两相流体润滑具有更好的润滑特性,且随着含水量的增加,膜厚增大,承载能力增强;随着主轴转速的增加,膜厚增加,承载能力减小;随着轧制力的增加,膜厚减小,承载能力增强。在油水两相流润滑条件下,热效应对于轧机油膜轴承弹流润滑的影响不能忽略。     

滚动轴承油气润滑及喷油润滑温度场对比研究

分析滚动轴承内部生热机制,计算不同转速下油气润滑和喷油润滑的轴承滚道表面对流换热系数;应用Workbench流场分析模块,建立滚动轴承流体域几何模型,对不同转速下滚动轴承油气润滑和喷油润滑时轴承腔热流耦合温度场进行仿真分析。结果表明,当轴承转速较低时,油气润滑和喷油润滑时轴承腔最高温度基本相同,但油气润滑条件下轴承腔的整体温度远远低于喷油润滑方式;当轴承转速较高时,油气润滑条件下的轴承腔最高温度要远远低于喷油润滑条件下的轴承腔最高温度,从而验证了高速工况下油气润滑的优越性。     

高速主轴轴承的油气润滑系统分析

为了满足主轴的高速化,主轴轴承的润滑方式直接影响着主轴转速的提高,对各种润滑方式、油量与轴承温升及磨擦损失之间的关系进行比较,并对目前使用较广泛的油气润滑系统进行了分析.     

考虑热效应的角接触球轴承弹流润滑数值分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对角接触球轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,得到角接触球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,分析了考虑热效应时角接触球轴承的几何参数(接触角、吻合度、径向游隙等)、速度及载荷对压力和膜厚的影响。结果表明:设计角接触球轴承时,尽量提高内圈与球体在轴向方向的吻合度以有利于润滑油膜的形成,在轴承整体参数不变的情况下选择较小的节圆直径,可改善轴承润滑;从弹流润滑角度讲,选择合适的球体直径可使压力、膜厚、温度处于合适范围内,改善轴承工作情况;适度提高轴承的运转速度将有利于润滑油膜的形成,从而延长轴承使用寿命。     

基于ANSYS Workbench的角接触球轴承温度场分析

以角接触球轴承7014C为研究对象,在ANSYS Workbench中建立了有限元模型,综合考虑转速及润滑的影响,对其进行稳态热分析;建立了油气润滑机械主轴温度特性试验台,并通过轴承测温试验验证了模型的可靠性。结果为机械主轴油气润滑系统的参数选择提供了参考依据,具有一定的工程实用价值,为进一步研究轴承的疲劳寿命奠定基础。     

高速流体动压径向滑动轴承的润滑计算

本文对高速轻载，高速重载流体动压径向滑动轴承分别进行了热效应和热弹性分析及试验研究，给出了高速轴承不同承载情况下的轴承静特性的润滑计算方法。理论计算结果与试验数据具有较好的一致性。     

液膜润滑非接触式机械密封温度场分析

利用有限元软件ANSYS计算了液膜润滑非接触式机械密封的温度场分布,与同样工况的接触式机械密封进行了对比,并分析了密封材料导热系数、主轴转速、密封介质粘度、液膜厚度等参数对温度场的影响.结果表明:密封材料导热系数、主轴转速对端面温度具有较大影响,而液膜厚度的影响可以忽略.     

Thermoelastohydrodynamic Analysis of Spur Gears with Consideration of Surface Roughness

Thermoelastohydrodynamic lubrication (TEHL) analysis for spur gears with consideration of surface roughness is presented. The model is based on Johnson’s load sharing concept where a portion of load is carried by fluid film and the rest by asperities. The solution algorithm consists of two parts. In the first part, the scaling factors and film thickness with consideration of thermal effect are determined. Then, simplified energy equation is solved to predict the surfaces and film temperature. Once the film temperature is known, the viscosity of the lubricant and therefore friction coefficient are calculated. The predicted results for the friction coefficient based on this algorithm are in agreement with published experimental data as well as those of EHL simulations for rough line contact. First point of contact is the point where the asperities carry a large portion of load and the lubricant has the highest temperature and the lowest thickness. Also, according to experimental investigations, the largest amount of wear in spur gears happens in the first point of contact. Effect of speed on film temperature and friction coefficient has been studied. As speed increases, more heat is generated and therefore film temperature will rise. Film temperature rise will result in reduction of lubricant viscosity and consequently decrease in friction coefficient. Surface roughness effect on friction coefficient is also studied. An increase in surface roughness will increase the asperities interaction and therefore friction coefficient will rise.     

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。     

机械密封动环变形对端面温度场的影响

在合理的假设条件下,考虑到液膜对动环的热量分配系数,基于液体润滑非接触机械密封稳态传热模型,利用ANSYS软件分别对动环变形前后温度场进行计算,得出动环端面温度分布规律,并分析主轴转速、变形角β、液膜厚度、密封环导热系数等参数对温度场的影响。分析结果表明:变形后温度要明显高于变形前温度;动环的高温区出现在内径处;主轴转速、材料的导热系数对动环端面温度有较大影响。     

热效应对粗糙表面倾斜轴颈轴承润滑性能的影响

联立基于平均流量模型的广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程等,计算了计及热效应时,不同表面形貌和轴颈倾斜角下的轴承油膜压力、油膜温度、油膜反力、端泄流量、摩擦系数和保持轴承稳定工作的力矩.考虑和不考虑热效应的轴承润滑特性计算结果表明,计入热效应时,表面形貌和润滑油粘压效应对偏心率较大的轴颈倾斜轴承润滑性能影响较大.     

机械密封环的传热特性分析

研究机械密封端面摩擦热在动环、静环、端面间液膜和密封介质组成的传热系统中的传递规律。按换热面积守恒的原则将密封环简化为当量圆筒,提出动环和静环获得的摩擦热的计算方法,推导密封环的温度分布方程。结果表明,液膜摩擦热量随角频率的增加和平均膜厚的减小而增加。绝大部分摩擦热通过动环传递到介质,静环端面的温升较小。动环靠近介质侧的温度低于空气侧的温度,端面上的温度较高,且端面径向存在温度梯度。增大动环与介质的接触面积或选用热导率大的材料可降低动环上的最高温度和端面上内外径处的温差,提高机械密封的性能。     

磁流体润滑螺旋槽机械密封中的热流固耦合分析

为了研究磁流体润滑螺旋槽机械密封中的热流固耦合效应,利用ANSYS Workbench软件计算了磁流体膜的压力分布、温度分布和动环的变形量,分析了电流强度、转速和磁性颗粒体积分数对磁流体膜压力、温度和动环变形的影响。结果表明：随着电流强度、转速和磁性颗粒体积分数的升高,磁流体膜的动压、温度和密封环的热变形都增大;内径处的磁流体温度最高但压力最低,磁流体基液易汽化;动环的压力变形远小于热变形;磁流体膜的压力、磁流体膜温度的数值解大于试验值和解析值,其主要原因在于数值解考虑了密封堰和离心力对磁流体膜的影响。     

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...     

Ultrasonic Measurement of Cylindrical Roller–Bearing Lubricant Film Distribution with Two Juxtaposed Transducers

This article describes the measurement of lubricant film thickness distribution in a roller bearing by using two juxtaposed transducers, which are excited by a new ultrasonic pulse receiver with a maximum pulse repetition rate (PRR) of 100 kHz. The experimental results demonstrate the feasibility and advantage of this method with high PRRs. The influence of rotating speed and radial load on the measured film thickness are shown to be consistent with the theoretical predictions. Skewing of the roller in the bearing is observed. A combined trigger signal is proposed to reduce the influence of the cyclical vibration of the rotor.     

Thin film lubrication of sliding point contacts of AISI 52100 steel

The mechanism of thin film lubrication of sliding point contacts of AISI 52100 steel has been studied as a function of load, sliding speed, composition and temperature of the lubricant.Below certain critical combinations of Hertzian pressure, speed and temperature the surfaces are kept apart by an elastohydrodynamic lubricant film. The load carrying capacity of this film depends primarily on the effective viscosity of the lubricant in the contact region which decreases with bulk oil temperature and with increasing sliding speed, because of friction induced thermal effects. After breakdown of the EHD film, boundary lubrication may still prevent severe adhesive wear. The transition from the boundary lubricated regime towards the regime of severe adhesive wear is a function of load (normal force), speed and bulk oil temperature and possibly depends on the conjunction temperature. Irrespective of the initial lubrication condition, oxidation of the steel surfaces leads to the (re)establishment of low friction, mild wear conditions.