螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

球面螺旋槽气体动压轴承静态特性分析

以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立了球面螺旋槽气体动压轴承的润滑分析数学模型,基于CFD技术,采用流体动力学Fluent软件,对球面螺旋槽气体动压轴承的三维气膜压力场进行分析,揭示不同转速下,轴承槽宽比、槽深比、螺旋角、气膜间隙对稳态轴承气膜压力以及承载能力的影响规律,并在此基础上,对轴承的结构参数进行了优化。结果表明,应用Fluent软件进行数值分析可以精确地模拟区域内气膜的复杂流场特性,并且转速越高,气体轴承内部的动压效应就越明显,因此合理地选择轴承结构参数和运行参数有助于改善润滑性能,提高轴承的稳态承载特性。     

平面螺旋槽动压止推气体轴承的设计

本文简要回顾了平面螺旋槽动压止推气体轴承理论设计的发展，对平面螺旋槽动压止推气体轴承的稳态特性进行了有限元数值求解，与经典设计选用数据对比进行了综合分析，提出了该形式轴承的设计准则。     

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。     

螺旋槽止推气体轴承承载能力的数值分析

运用Fluent流体计算软件,求解螺旋槽止推气体轴承气膜压力分布,将计算得到的承载力与文献结果进行比较,验证计算方法的正确性。分析螺旋槽槽数、螺旋角、槽深、槽长比及槽宽比对轴承承载力的影响。结果表明:在槽区气体因受到压缩存在高压区并因此形成承载力;随着槽数的增加承载力逐渐增大并趋于定值;而对于螺旋角、槽深、槽长比和槽宽比,均存在最佳值使承载力最大。     

平面螺旋槽气体止推轴承的研究

本文介绍了平面螺旋槽气膜润滑我的计算方法,分析了不同参数对平面螺旋槽气体止推轴承承载能力的影响,实验结果证明了理论计算的正确性。     

微气体螺旋槽推力轴承润滑数值模拟

对微气体螺旋槽推力轴承润滑性能进行数值模拟.变换坐标将螺旋线转换为直线使其对网格的适应性更强.在新坐标系下应用有限体积法对考虑微尺度效应的雷诺方程离散,采用分块加权的方法考虑槽台高度不连续性,保证槽台边界上的质量流量守恒,得到适合超高速、微尺度气体螺旋槽推力轴承润滑性能的数值求解方法.利用Newton-Raphson方法求解出各节点压力分布,进而得到微气体螺旋槽推力轴承承载力.通过对比发现,考虑微尺度效应时,微气体螺旋槽推力轴承承载力有所降低;随着轴承间隙的减小,微尺度效应对轴承性能的影响也愈为明显.     

平面螺旋槽气体止推轴承压力场数值模拟研究

为了进一步了解平面螺旋槽气体止推轴承压力场的形成机理,对该种轴承的压力场进行了数值模拟研究.在对其压力场理论研究的基础上,建立了气膜压力场的数学模型.利用流体计算软件,对气膜压力场的分布进行了数值模拟研究.通过试验,表明气膜压力场的数值计算结果与试验值基本吻合,可以将该种数值模拟方法进一步引入到平面螺旋槽气体止推轴承的设计中.     

球面螺旋槽动静压气体轴承稳态承载力分析

建立半球螺旋槽气体动静压轴承润滑分析数学模型;通过建立广义坐标系并进行保角变换简化数学模型,利用广义斜坐标变换划分求解域球面网格,提高数值计算精度;采用有限差分法对控制方程离散,建立控制方程的差分表达式,并采用VC++6.0编程计算三维微气膜稳态气膜厚度和压力分布;通过对微气膜周向和径向压力积分,求得轴承稳态的承载能力;研究动压和静压的耦合效应,分析螺旋槽结构参数、节流孔的数量对轴承承载力的影响规律。结果表明:随着小孔个数的增加,静压效应显著增加,轴承的承载力明显增加;随着螺旋角、槽深比、槽宽比的增大,轴承的承载力均先增大后减小,表明通过轴承优化设计参数可改善气体的润滑特性,提高承载力。     

圆锥螺旋槽气体动压轴承实验台装置研制

实验研究是分析气体润滑轴承工作性能的重要手段,该文研制了一台风力驱动的圆锥型螺旋槽动压轴承实验台装置,使之可以测量圆锥型螺旋槽动压轴承的载荷、转速、轴向位移等各种性能参数.对于分析螺旋槽轴承的各性能参数对轴承的综合性能的影响,设计出最佳性能的螺旋槽轴承具有重要的借鉴和指导意义.     

锥面螺旋槽推力轴承的有限元解

本文对用牛顿不可压流体润滑的锥面螺旋槽推力轴承进行了理论分析,螺旋角,槽深,槽台对数等不等时,轴承的承载量亦不同。本文用有限元法计算了轴承的膜压分布及承载量。     

锥面螺旋槽推力轴承的参数优化

把锥面螺旋槽推力轴承的功耗作为目标函数,并建立约束条件进行螺旋槽尺寸的优化.     

Thermohydrodynamic Analysis and Thermal Management of Spherical Spiral Groove Gas Bearings

A thermohydrodynamic model of spherical spiral groove bearings is presented by considering the effect of bearing temperature change on the material property of lubricant, gas flow characteristics in the grooves, and thermal energy transported in the entire bearing system. A gas mixing model in the grooves is introduced as the boundary condition to solve the bearing temperature distribution simultaneously with the heat conduction at the shaft and the housing. The bearing and rotor expansion caused by temperature increases, which is considerable compared to bearing clearance, is also examined. Prediction results show that the thermal expansion determined by actual bearing clearance has a crucial influence on the bearing load capacity. Manufacturing bearings with proper materials has significant effects on controlling thermal expansion effects on the bearing performance. The load capacity, which corresponds to the lubricant gas pressure, and gas suck flow rate have the same variation tendencies as the variation in groove depth and spiral angle. These similar tendencies have an opposite influence on the temperature and result in the temperature increase not being affected by the variation in grooves. However, varying the groove characteristics has a similar effect in carrying away the thermal energy as the variation in heat transfer coefficient, which could significantly control the temperature increase at the same time.     

螺旋槽密封性能数值分析

螺旋槽密封是一种非接触式且能达到“零泄露”的新型密封 ,近年来在航空航天、石油化工等领域得到了广泛应用。本文采用雷诺方程和差分数值方法对双槽结构型螺旋槽密封的密封性能进行了分析 ,讨论了处于稳定密封状态下密封结构参数和工况参数对螺旋槽端面密封性能的影响程度 ,并将分析结果与实验结果进行了比较。结果说明了密封性能受工况参数和结构参数的影响情况 ,也表明所采用的方法和编制的程序具有较好的应用价值。     

球面螺旋槽动静压气体轴承稳态承载性能分析

建立了球面螺旋槽气体动静压轴承的微气膜有限元模型,应用CFD技术和流体动力学Fluent软件,研究了球面螺旋槽气体动静压轴承在稳态下的承载特性,得到了轴承在不同转速下的压力分布云图,进而揭示了在不同运行参数和结构参数下,轴承承载力及动静压耦合效应的变化规律。结果表明,选择合适的结构参数和运行参数,如槽宽比、槽深比、螺旋角、槽数、转速等,有助于提高轴承的承载性能。     

螺旋槽平面型线对水润滑螺旋槽推力轴承承载能力的影响

不同螺旋槽平面型线对螺旋槽推力轴承的压力场及承载能力会产生不同程度的影响.采用RNG k-ε湍流模型对具有不同螺旋槽平面型线的水润滑螺旋槽推力轴承润滑膜压力场进行了数值模拟,重点探讨了在不同转速条件下,不同螺旋槽平面型线对水膜压力场和承载能力的影响程度.结果表明:抛物线槽产生的压力峰值最大,螺旋线槽则具有最大的承载能力;与其它平面型线相比,螺旋线具有更稳定的压力分布,更适合水润滑螺旋槽推力轴承.     

可倾瓦气体动压轴承承载能力的数值分析

应用MATLAB的偏微分方程工具箱,采用有限元法求解气体润滑Reynolds方程,通过完全装配分析法计算了可倾瓦动压气体轴承的承载能力,研究了轴承偏心和瓦块预负荷对可倾瓦轴承的承载能力、最小气膜厚度和最大气膜压力以及瓦块摆角的影响。计算结果表明,随轴承偏心或瓦块预负荷增大,各瓦块的承载能力和摆角发生明显变化,轴承的最小气膜厚度减小,最大气膜压力增大,承载能力增大。从理论上解释了可倾瓦轴承的承载能力与轴承偏心和瓦块预负荷的密切相关性。     

Design of Spherical Spiral Groove Bearings for a High-Speed Air-Lubricated Gyroscope

A spherical spiral groove gas bearing has the ability to not only support radial and axial loads simultaneously but also tolerate extensive misalignment. Thus, this bearing type is considered suitable as a supporting and lubrication component of inertial components such as gyroscopes in the fields of aerospace and navigation. In this study, we propose a numerical method for predicting static and dynamic characteristics and conduct a parametric analysis of an aerodynamic spherical bearing with rotating spiral grooves. The finite difference method and the perturbation method are used to calculate the Reynolds equation to obtain the force coefficients. Given the complicated groove distribution, as well as film discontinuity and compressibility, solving the equations numerically in the spherical coordinates system is difficult. Parameter transformation and oblique coordinate transformation are thus applied in this study to modify the Reynolds equation into the planar oblique coordinate system. An eight-point method is also utilized to deal with film thickness discontinuity. The predictions of this proposed method show good agreement with the available experimental data. Parametric studies on nominal clearance, eccentricity ratio, rotating speed, groove depth, groove angle, and perturbation frequency are then conducted to determine optimum design parameters. The results show that these factors significantly affect bearing characteristics in both the radial and axial directions.