表面织构动压滑动轴承界面滑移研究

利用力学平衡方程与流体力学方程并结合楔形模型,建立无界面滑移、单边界面滑移以及双边界面滑移状态下的力学模型,采用有限元方法对表面织构分布位置及不同界面滑移对滑移速度与摩擦力的作用规律进行研究。研究表明:油膜发生界面滑移时,在升压区和降压区油膜滑移速度分别表现为非线性的凹形和凸形变化规律;油膜在上表面和下表面发生滑移时,最大剪切力分别发生在油膜上表面和下表面;而上、下表面均发生界面滑移时,油膜最大剪切应力发生在上、下表面,且二者最大剪切应力数值相同,此时摩擦力显著减小且仅为无滑移时的4%～17%;相比表面织构布置在入口与中部位置的模型,表面织构在出口处的模型呈现出优异的承载和减摩效果。表面织构轴承界面滑移产生的机制主要是润滑油具有牛顿流体的黏滞特性。     

界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响

为研究不同的滑移情况对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响,建立含有圆柱形凹坑织构的滑动轴承在不同界面滑移状态下的摩擦力计算模型,探究影响织构化滑动轴承摩擦力的参数,并借助ANSYS分析不同滑移情况下界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响规律。结果表明:织构化滑动轴承的摩擦力主要是由轴颈线速度、油膜滑移比、轴承的进出油口压力、织构处油膜压力、织构深度、油膜厚度和承载力决定;不同滑移情况下织构模型的摩擦力均小于无织构模型;且在上下表面均滑移时,圆柱形凹坑织构在出口位置时表现出最优的承载和减摩效果;适当地增加圆柱形凹坑织构的深度可以改善模型的摩擦性能,但是过深的凹坑织构并不能发挥出其性能。     

EMP径向滑动轴承边界滑移现象研究

弹性金属塑料瓦（ＥＭＰ）径向滑动轴承是一种新型的轴承,由于轴瓦所采用的复合材料的特殊特性使得其表面能远低于传统的金属瓦轴承,从而有可能存在油膜边界滑移现象。本文对ＥＭＰ径向滑动油膜边界滑移现象进行了实验研究,再次证实了边界滑移现象的存在,并推导出了ＥＭＰ径向滑动轴承油膜边界滑移速度的公式。     

EMP径向滑动轴承计入边界滑移的热弹流分析

弹性金属塑料瓦（ＥＭＰ）径向滑动轴承是一种新型的轴承,轴瓦材料的特殊性使其热弹变形远大于普通金属瓦轴承,同时它所特有的边界滑移现象,对改善径向滑动轴承的润滑性能有较为明显的优越性。建立了计入边界滑移情况后对轴承３Ｄ热弹流分析的教学模型,并给出列,对其润滑机理进行了初步的分析。     

油水两相流对滑动轴承承载能力的影响

研究建立了一台适用于测试油水两相流润滑工况下滑动轴承实验装置,该装置能进行滑动轴承偏心率的测量。实验研究了润滑油混入水滴后对滑动轴承承载能力的影响规律,得出了若干规律性的结论。     

基于两相流三油楔滑动轴承的油膜特性分析

运用CFD模拟软件中的多相流模型、SST湍流模型求解Navier Stokes 方程,研究三油楔滑动轴承的油膜特性。建立三油楔滑动轴承的几何模型,通过合理的网格划分,采用CFD软件计算分析三油楔滑动轴承中3个油楔内润滑油的油膜特性及其气穴分布特点,研究转速、润滑油黏度对润滑油气化的影响,并与未考虑两相流的三油楔轴承的油膜特性进行对比分析。结果表明：两相流模型更能真实反映实际的油膜特征;转速高、润滑油黏度大越容易产生气化现象;黏度对主承载区的影响较大,而转速对非主承载区的影响较大。     

油水两相流对滑动轴承油膜压力的影响

研究建立了一台适用于测试油水两相流润滑工况下滑动轴承油膜压力的实验装置。实验研究了润滑油混入水滴后对滑动轴承油膜压力的影响规律,得出了若干规律性的结论。     

油水两相流对滑动轴承油膜摩擦力的影响

研究了建立了一台适用于测试油水两相流润滑工况下滑动轴承摩擦力的实验装置。实验研究了润滑油混入水滴后对滑动轴承油膜磨擦力影响规律,得出了若干规律性的结论。     

椭圆滑动轴承油膜特性的两相流分析

采用CFD模拟软件中的多相流模型研究椭圆滑动轴承的油膜特性。建立椭圆滑动轴承SST湍流模型和Mixture两相流模型,分析椭圆滑动轴承的油膜特性及其气穴分布特点,对比分析考虑两相流和未考虑两相流的椭圆滑动轴承的油膜特性,验证新计算模型的正确性,并研究各种影响因素对润滑油气化的影响。结果表明:两相流模型比单相流模型更能真实反映椭圆滑动轴承的实际油膜特征;随偏心距的增加、转速的升高,气化现象越明显,且高黏度润滑油更容易产生气化现象;椭圆滑动轴承第二油楔内的润滑油比第一油楔内的润滑油更易出现气化。     

界面极限滑移条件下的液膜密封流场平均速度分布规律

为研究液膜密封流场平均速度分布规律,及其与流-固界面剪切应力之间的关系,基于Couette流动模型建立存在边界速度滑移时的密封间隙流场速度计算模型,采用Mixture均相模型和Schnerr-Sauer空化模型,通过数值模拟考察界面无滑移(滑移速度为0)和无剪切(滑移速度最大)2种极限情况下不同转速时液膜轴向不同位置处的微流场径向、切向和轴向速度分布,并建立流体型槽界面剪切力-速度拟合模型。研究结果显示：液膜的切向速度远大于径向和轴向速度,三维合成速度分布规律主要由切向速度决定;流场在槽区内近台阶轴向1μm范围内压力梯度发生突变,但非槽区和槽区流场相对独立,非槽区可视为简单Couette流动,槽区为逆压梯度Couette流动;流-固界面粘附剪切应力的大小与液膜边界速度滑移密切相关,槽区界面剪切应力变小时,边界滑移速度和槽内外流场各方向速度均变大,且转速越高,数值越大;在不高于10 000 r/min时,空化效应对整体平均速度场的影响较小,但速度更高时,需量化空化效应,并对剪切应力-速度拟合模型进行修正。     

气油两相流对滑动轴承油膜刚度的影响

本文在引入新型气油两相流粘度模型的基础上，建立了一套管用于气油两相流工况下滑动轴承的数值计算理论，计算研究了气油两相流对滑动轴承油膜刚度的影响，得出了一系列有益的结论。     

基于热耦合的滑动轴承两相流场特性数值研究

针对滑动轴承热动力特性,建立考虑空化效应和黏温效应的轴承转子热耦合三维模型,对转子和轴瓦的热传导方程、油膜能量方程与全空化模型进行了联合求解。计算结果表明:轴瓦最高温度出现于下轴瓦最小膜厚下游,下轴瓦的温度沿润滑油流动方向逐渐升高,而上轴瓦的温度变化较少;考虑轴承热传导和两相流特性,热耦合三维模型比绝热边界模型更符合实际情况;与绝热边界模型相比,热耦合三维模型计算出的压力分布趋势相同,但计算结果较大;随着进口油温升高,油膜最大压力、承载力、空化体积比、进出口温差变小,热耦合三维模型与绝热边界模型之间的计算结果偏差变小。采用该热耦合三维模型计算的收敛区和发散区的温度分布,均与实验数据相符,验证了建立的热耦合三维模型。     

计及润滑流体热效应的高速静压滑动轴承性能分析

为了研究高转速下润滑流体特性对静压滑动轴承润滑性能的影响,通过考虑热效应下润滑流体的黏度、密度和比热容来对轴承性能进行分析,提出了一种结合自定义函数程序来引入润滑流体热效应关系求解纳维-斯托克斯(NS)方程的方法。以某高速滑动轴承为例,计算分析了润滑流体各个因素对轴承性能的影响,最后与不计及润滑流体特性的情况进行了对比。计算结果表明,计及润滑流体热效应的油膜特性分布,随着温度分布的不同而有显著的变化;黏度对轴承性能参数起关键性的作用,但是在考虑热效应下,密度对最大油膜压力有一定的降低作用,而比热容对最大油膜温度和轴颈摩擦功耗的影响较大,综合考虑才更符合实际工况。计算结果对研究热效应下油腔结构对流体特性的影响以及润滑油的选择等有指导意义。     

油气两相流对滑动轴承油膜破裂位置的影响

滑动轴承油膜破裂位置是滑动轴承静特性之一。本文在引入新型气油两相流流变模型后,组织了一套适用于油气两相流润滑工况下滑动轴承的数值计算理论,用数值计算的方法研究了油气两相流对滑动轴承油膜破裂位置的影响,得出了一组规律性的结论。     

基于无网格法径向滑动轴承的承载能力分析

采用了无网格法来求解滑径向动轴承的无量纲油膜压力分布。此无网格法是基于径向基函数插值的配点法。在构造径向基插值时添入了线性多项式,避免了奇异性和提高了精度。将此方法计算出的结果和经典结果进行了比较,验证了此方法的可行性。并对某一给定参数的滑动轴承的油膜压力和承载能力进行了计算。     

滑动轴承二维流场的滑移现象研究

目前对于二维流场及复杂流场的界面滑移分析很少,根据螺旋油楔滑动轴承能使润滑剂产生周向和轴向二维流动的独特的结构特点,考虑周向和轴向两方向的滑移建立基于极限切应力的数学模型,并通过试验和理论对比验证模型的正确性。试验方面运用"目标速度跟踪法"证实了周向和轴向都存在滑移,获知随着供油压力的提高滑移速度有所提高,并且提出轴瓦和轴表面的极限切应力;理论方面运用有限差分法和试验测得的轴瓦和轴表面极限切应力,求解四种状态的广义雷诺方程,发现滑移发生在极限切应力大、间隙小和油膜的封油面区域;考虑界面滑移时,螺旋油楔滑动轴承的承载力和摩擦阻力有所降低;偏心率、螺旋角和转速的变化,影响着承载力和摩擦阻力降低的幅度。     

螺旋油楔动静压滑动轴承三维CFD仿真分析

以轴承流体域为研究对象,建立了螺旋油楔动静压滑动轴承的三维实体模型,利用Fluent软件对其流场及温度场进行数值仿真,比较了螺旋油楔轴承与普通三油楔轴承静态性能的差异,同时分析了螺旋角及轴承间隙对螺旋油楔轴承静态性能的影响规律。结果表明:两种轴承的油膜压力及温度分布存在较大差异;轴承油腔的螺旋形分布及进出油孔的分开设置能够减少润滑油的二次加热并能提高轴承端泄量,有利于温升降低;高速轻载工况下螺旋油楔轴承静态性能要明显优于普通三油楔轴承;合理选择轴承螺旋角及轴承半径间隙可以保证螺旋油楔轴承具有较好的润滑特性。     

径向滑动轴承紊流相似分析研究

首先针对径向滑动轴承处于紊流工况时实验模型相似分析理论研究,提出了两个新观点：（１）由于润滑油温粘关系为非相似函数［２,３］,因此要使径向滑动轴承实验模型与原型温度场相似,必须使模型轴承中每一点的β,ρ,ＣＶ,μ,Ｔ′与实际轴承对应点的值相同;（２）根据不同物理法则所作用的主方向不同的原则,在不同方向选取不同的长度相似比例因子［４,５］,可以使径向滑动轴承紊流工况时的实验模型与原型完全相似。然后根据１５２ｍｍ模型轴承实验数据选用δ１＝０．５的长度比例因子,列举了一个紊流相似分析方法的实例。     

弹性金属塑料瓦径向滑动轴承启动过程热弹流分析

研究了采用弹性金属塑料轴瓦时径向滑动轴承的瞬态润滑特性。建立了该轴承的三维热弹流模型，通过数值求解对比了启动过程中采用弹性金属塑料轴瓦和金属材料轴瓦时油膜和轴瓦的瞬态温度场分布、轴瓦的热弹变形量，以及转子轴心轨迹。结果表明，在启动初期弹性金属塑料瓦径向滑动轴承的瓦体温度要高于金属瓦，转子偏心率也要大于采用金属瓦时的偏心率；因润滑油在弹性金属塑料瓦径向滑动轴承轴瓦表面存在一定的滑移速度，随着油膜边界滑移作用的出现，采用弹性金属塑料瓦径向滑动轴承时的油膜温度最终低于采用金属瓦时的温度，且转子的偏心率也最终小于采用余属瓦的偏心率。     

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。