动静压耦合效应下气体轴承流场特性分析

为研究静压气体轴承的动静压耦合效应机制及其对流场压力分布、承载力等特性的影响,以高速静压气体轴承为研究对象,采用CFD数值仿真方法,在不同偏心率及转速条件下对流场特性、动静压耦合效应机制、承载力以及偏心角进行分析研究。研究表明:转速和偏心率变化导致的气体黏性力、压差流和气体可压缩性变化,影响流场动静压耦合效应的强度,且造成流场的周向压力分布不对称,进而导致承载力及偏心角的变化;在相同偏心率下,承载力随转速升高而单调递增,偏心角随转速升高呈现非线性变化规律;在相同转速下,当转子保持在低速范围内时,偏心角随偏心率增大而增大,高速时则相反。     

基于 FLUENT 的深浅腔动静压轴承油膜压力研究

以具有深浅腔的动静压轴承为研究对象,基于 Gambit 对油膜进行网格划分并建立三维有限元模型,通过FLUENT 仿真得到不同偏心率和转速下轴承的油膜三维压力场分布和静特性参数。计算结果表明：深浅腔动静压轴承在每个浅腔处油膜出现压力峰值,且承载力随偏心率和转速的增加而增加。该仿真方法计算结果与文献数值计算结果相吻合,为进一步研究动静压轴承的其他性能提供了一种新的方法。     

基于动网格方法的油膜轴承性能的研究

考虑气穴的影响,建立了油膜轴承所支撑转子系统的动力学模型,并利用新的动网格更新方法,编制了求解油膜轴承压力分布、转子静平衡位置以及轴心轨迹的程序,验证了其正确性。利用该程序考察了气穴压力和转速对油膜轴承压力分布和所支撑转子的轴心静平衡位置的影响。计算结果表明,在相同的速度和载荷下,随着气化压力升高,轴承偏心率和最大油膜压力增大,偏位角减小,并且最大油膜压力的周向位置受气化压力的影响较小;而在相同的载荷下,转速对转子静平衡位置影响较大,并随着转速增加,轴承偏心率减小,偏位角增加。     

液体动静压轴承油膜的压力场和温度场分析

针对深浅腔液体动静压轴承的承载特性等问题,对液体动静压轴承的油膜压力场和温度场进行了仿真分析。以超高速磨削电主轴系统中常用的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,建立了液体动静压轴承油膜的三维有限元模型,对油膜进行了网格划分,并对划分后的网格进行了质量评定;采用动网格技术实现了对油膜偏心率的变更,在不同主轴转速、偏心率的工作条件下,计算了深浅腔动静压轴承油膜压力和温度的分布情况,分析了其油膜压力分布和温度分布的变化规律;研究了转速、偏心率对动静压轴承的承载力和油膜温升的影响规律。研究结果表明:在深浅腔液体动静压轴承运转过程中,随着转速和偏心率的提高,油膜承载力和温升也随之提高,且转速对油膜温升的影响要比偏心率大。     

高速气浮轴承动静压耦合效应研究

采用有限体积法研究高速气浮轴承的动静压耦合效应.通过对高速气浮轴承内部流场的仿真分析,探讨轴承转速与偏心率对气浮轴承动静压耦合效应的影响.结果表明,基于有限体积法的三维模型可以有效地模拟动静压气浮轴承的内部流场,并与实际情况更加吻合;偏心率较小时,轴承的动静压耦合效应较小,其承载力随偏心率呈线性变化,偏心率较大时,动静压耦合效应增强,其承载力随偏心率呈非线性变化;随着偏心率和转速的增加,轴承的动静压耦合效应增强,从而对轴承气膜压力分布以及压力值的大小产生明显的影响.     

基于FLUENT的液体动静压轴承的动态特性分析

应用计算流体力学软件FLUENT对超高速磨削用五腔动静压轴承进行动态特性研究,得到动静压轴承内部压力场和温度场分布;计算轴承的承载力、温度、刚度、阻尼等动态参数,分析这些动态参数与偏心率以及转速之间的关系。结果表明:在保持供油压力和轴承偏心率不变的情况下,随着转速的提高,油温上升,轴承承载力及偏位角不断增大;在保持供油压力和主轴转速不变的情况下,随着偏心率的增大,轴承流量有所减少,轴承的承载能力不断增大,偏位角基本保持不变。     

液体动静压球形轴承动态特性分析

分析了轴承参数对球形液体轴承的动态特性的影响规律,为液体球轴承的动态刚度、阻尼以及稳定性提供理论指导。以液体动静压球轴承为研究对象,建立液体球轴承的润滑分析数学模型,采用小扰动法推导出层流状态下动态液体润滑方程,采用有限差分法求解扰动压力偏微分方程,数值计算液体球轴承的刚度系数和阻尼系数,通过数值分析研究轴承的转速、偏心率、平均油膜间隙等参数对轴承的动态特性系数的影响规律。结果表明：转速、偏心率以及平均油膜间隙对油膜的刚度和阻尼有着重要的影响。     

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。     

液体动静压轴承的温度场与热变形仿真分析

在基于有限体积法的流体仿真软件FLEUNT中,对层流状态下的液体动静压油膜-轴承这一流固耦合模型进行了数值仿真,得出了动静压轴承的温度分布情况;并进一步在有限元软件ANSYS中对轴承的热变形情况进行了分析计算。结果表明:轴承的最高温升及径向最大热变形随主轴转速和偏心率的增大而迅速增大,随环境温度的升高而减小;而供油压力对轴承热变形的影响不大。且轴承径向最大热变形值和轴承间隙在同一数量级,因此热变形在动静压轴承性能分析中不可忽略。     

基于弹性壳体模型的波箔型动压气体径向轴承动特性分析

波箔型气体轴承的动态纲度和阻尼系数是轴颈偏心率、旋转速度及轴心涡动速度的函数,是进行转子临界转速、不平衡响应计算及稳定性分析不可或缺的基本参数。用摄动法建立波箔型气体轴承动特性系数计算分析的数学模型,应用弹性板壳模型计算波箔及平箔的变形,应用有限差分法及有限元法耦合对模型进行求解,获得波箔型气体轴承的动特性系数。将所得结果与已公布的实验数据对比,证明该模型的合理性和精确性。分析偏心率和轴颈转速对动特性系数的影响,结果表明,刚度系数随偏心率和轴颈转速的增加而递增,阻尼系数随偏心率和轴颈转速的增加而递减。     

三维油膜动特性试验研究

文中建立了滑动轴承三维油膜的试验模型,导出了求解滑动轴承18个动特性系数的频域计算公式.对径向-推力联合动静压轴承进行了试验,用广义逆矩阵法求出了该轴承的动特性系数.试验表明：随着偏心率的增加,理论计算结果与三维模型试验结果更接近,二维模型试验结果与三维模型试验结果是有差别的.     

滑动轴承三维油膜试验研究

给出了滑动轴承存在3个自由度的试验模型.在给出轴心涡动三维运动方程的基础上,导出了求解滑动轴承18个动特性系数的计算公式.最后针对径向-推力联合动静压轴承进行了试验,得到了其动特性系数,并与理论计算结果以及二维模型试验结果进行了比较.     

基于有限差分法对不同润滑介质下静压气体轴颈轴承性能研究

利用有限差分方法编写一套可以用于分析动静压气体轴承性能的计算程序,并通过已有算例和试验验证本程序计算结果的可靠性。对不同润滑介质下静压轴颈轴承气体消耗量进行研究发现,不同分子量润滑介质下气体消耗量随偏心率变化表现出不同的变化规律,小分子润滑介质下气体消耗量与偏心率成正比,而大分子润滑介质下气体消耗量与偏心率成反比,并且此规律与节流小孔类型无关,小孔节流轴颈轴承气体消耗量大于环面节流类型轴颈轴承。相同供气压力和偏心率情况下,小分子润滑介质小孔节流轴颈轴承承载能力比环面节流类型轴承承载能力小,大分子润滑介质下正好相反。本程序方法为后来对俄罗斯油—气混合低温氦透平膨胀机气体轴承端改造奠定了理论基础。     

Stability of multilobe hybrid bearing with short sills—part II

A small amplitude perturbation analysis has been carried out to determine the rotordynamic characteristics of multilobe hybrid bearings with short axial and circumferential sills. Unsteady state recess flow continuity equation has been written for orifice compensated bearing in terms of dynamic recess pressures by perturbing steady state flow equation. Dynamic recess pressures are evaluated by solving unsteady recess flow continuity equations to determine the dynamic load capacity of the bearing. Stiffness and damping coefficients of the bearing are determined from the dynamic load capacity of the bearing. Results of dynamic characteristics of three lobe and four lobe hybrid bearings are presented for various offset factors, speed, concentric pressure and eccentricity ratios. Multilobe hybrid bearings with offset factors more than one are found to exhibit better dynamic behaviour than circular hybrid bearings.     

Numerical Calculation of Rotation Effects on Hybrid Air Journal Bearings

Hybrid air journal bearings are of great importance in the precision engineering. Despite much progress, the influence of the aerostatic effect and the aerodynamic effect on the bearings is still not clear. Numerical calculation is a useful technique to evaluate bearing performance. Many theoretical problems related to Reynolds equation have been figured out by numerical simulation. The present study analyzes the effects of rotational speed—that is, the bearing speed number—on the performance of hybrid bearings. The behaviors of the pure aerostatic bearing and the pure aerodynamic bearing are investigated for comparison. The second-order finite difference method (FDM) and an iterative procedure are proposed to solve the Reynolds equation and derive the air film pressure distribution. The bearing characteristics such as load capacity, stiffness, friction coefficient, attitude angle, and mass inflow rate are taken into consideration. The research reveals the very dependence of the hybrid bearing's performance on the journal rotation and eccentricity ratio. The numerical results indicate that at a small bearing speed number of 0.223 and eccentricity ratio of 0.15, about 99.8% of the load capacity and 99.7% of the stiffness are determined by the aerostatic effect, whereas at a large bearing speed number of 2.229 and eccentricity ratio of 0.55, about 63.2% of the load capacity and 83.3% of the stiffness are determined by the aerodynamic effect.     

快堆钠泵动静压导轴承润滑特性分析

快堆钠泵导轴承的润滑介质、工作原理以及润滑状态与传统滑动轴承均有显著不同,目前关于该类轴承的研究鲜有报道。为对钠泵导轴承设计和运行维护提供理论支撑,为以某快堆钠泵工程样机的内反馈轴承为研究对象,考虑紊流和动静压耦合关系等因素,建立了其润滑分析模型,采用自编有限元程序求解得到了典型工况下轴承的动静特性,分析了工况参数与关键结构参数对其润滑特性的影响。结果发现:钠液黏度低、密度大,紊流对液膜的润滑性能具有重要影响;当偏心率小于0.6时,主要由静压起主导作用,当偏心率大于0.6时,动压作用不可忽略,非线性效应增强;间隙增加最小油膜厚度线性增加、流量显著加大、稳定性下降;入口扬程增加,静压作用增强,流量增加,稳定性增强,典型工况下入口扬程应大于50 m才能保证轴承的高可靠性。     

螺旋槽小孔节流动静压气体轴承静态特性研究*

以螺旋槽小孔节流动静压气体轴承为研究对象,运用变分法求解雷诺方程,利用Fluent软件对轴承静态特性进行仿真分析,研究供气压力、偏心率、转速以及节流孔直径、螺旋槽宽度和深度对轴承静态特性的影响规律。结果表明:相同偏心率下,随供气压力的升高,轴承静态特性增强;相同供气压力下,偏心率越大,承载能力越高,刚度越小;螺旋槽能够显著提高轴承静态特性,且转速越大,螺旋槽对轴承的动压效应越好;保证其他结构参数不变,轴承静态特性随螺旋槽宽度的增加先增大后减小,螺旋槽深度和节流孔直径越小越有利。     

考虑支点偏置的多孔质可倾瓦轴承静态特性分析

为探究瓦块支点偏置对多孔质可倾瓦轴承静态性能的影响,建立多孔质可倾瓦轴承的热混合润滑模型,应用Fluent软件分析轴承静态特性;采用网格迭代算法和瓦块运动UDF对轴承各瓦块沿枢轴运动及摆动进行模拟,研究偏心率、转子转速、供气压力及枢轴支点偏置对轴承负载能力、质量泄漏量、摩擦扭矩和温升的影响。结果表明：增加轴承支点偏置可提高轴承承载力,特别是在高偏心率、高转速、低供气压力条件下,承载力提高更为明显;在偏心率和转速相同时,适当的支点偏置可显著降低轴承对气体的消耗：但支点偏置会增加摩擦力矩,使转子温度升高,应合理选择支点偏置避免温升对轴承的不利影响。研究结果为多孔质可倾瓦轴承的优化设计提供了参考。