弹性流体静压润滑理论与光弹试验研究及应用

在设计高压液体静压支承时,目前均忽略了压力油膜作用表面的“压力-弹性变形”对承载特性的影响,因此与实际差别较大,甚至使静压支承润滑失效。本文在考虑了油液的“粘压效应”和支承表面“压力-弹性变形”的基础上,对高压静压支承油膜压力分布和承载特性进行了理论分析,并经过了激光光弹试验验证。从而为高压静压支承的设计,首次提出了新的计算理论—弹性流体静压润滑理论。     

柱塞泵滑履静压润滑的研究

高压供油液体静压支承的典型应用是柱塞泵滑履的润滑(如图1所示)。高压柱塞泵的工作可靠性和耐久性,在很大程度上决定于滑履静压支承的工作情况,即滑履是否处于稳定的液体摩擦状态。过去,在分析柱塞泵滑履的静压润滑时,一般都不考虑高压油膜作用范围内的支承表面的“压力——弹件变形”。而实     

考虑热弹性变形和表面粗糙度的圆柱滚子轴承热弹流润滑分析

运用线接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的圆柱滚子轴承中滚子和内圈接触表面的径向热弹性变形和表面粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和粗糙度影响的圆柱滚子轴承线接触热弹性流体动压润滑分析方法。该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚子和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚子和轴承内圈因油膜温度场变化引起的径向热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及径向热弹性变形量等主要润滑特性,研究了载荷、卷吸速度和滑滚比的变化对最小油膜厚度、最大油膜压力和最大油膜温升的影响规律,结果表明,热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,热弹性变形和粗糙度会对润滑特性产生明显的影响。     

内燃机主轴承EHD模拟计算研究

在充分考虑轴承座、瓦背、减摩合金层的弹性变形及轴颈、轴瓦表面粗糙度因素的影响基础上,对某4100QB柴油机主轴承进行了综合的EHD模拟计算研究。采用有限差分法与有限元法相结合对轴承的油膜压力、油膜厚度、弹性变形、表面粗糙度进行了耦合分析,并将EHD耦合算法结果与刚性分析结果及仅考虑轴瓦弹性变形的分析结果进行了比较分析。结果表明,综合考虑轴承座、瓦背、减摩合金层弹性变形及轴颈、轴瓦表面粗糙度因素影响的弹流润滑研究更符合实际工况,其油膜厚度增大,油膜压力减小,油膜承载区扩大,且在轴承载荷峰值处表现最为明显。     

基于Fluent的静压支承油膜仿真计算研究

以静压支承结构为研爱对象,利用Fluent工具对整个静压支承结构进行了数值仿真,验证了静压支承油膜的形成。仿真分析的结果表明,初始尺寸的静压支承结构压力油膜能够形成,油腔部分压力场基本稳定,油膜部分压力场逐渐减小：油膜部分流速较大,固定阻尼部分流速变化较大;初始油腔的厚度值较大,会在油腔内部形成涡流;最后根据分析结果对结构尺寸作了局部优化。     

浮环弹性变形对浮环动静压轴承润滑特性的影响

浮环轴承在高速工况下运行时,浮环表面在油膜压力作用下会发生弹性变形,影响轴承润滑性能。针对带有深浅腔的浮环动静压轴承,采用有限元法和有限差分法耦合求解油膜Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,采用变形矩阵法求解弹性变形方程,计算浮环弹性变形分布;在浮环平衡的基础上,分析浮环变形对环速比、油膜承载力、端泄流量等润滑特性参数的影响。结果表明：浮环弹性变形分布与油膜压力分布呈现一致性,转速越高,偏心越大,变形越明显;考虑浮环弹性变形,浮环达到平衡状态时,内膜偏心率增加,环速比减小,轴承承载力与摩擦力矩均有所增加;由于浮环变形对内、外膜间隙及流动液阻的不同影响,使得内膜端泄流量增加,外膜端泄流量减少。     

轴向柱塞泵配流副短阻尼孔效应研究

在间隙径向压力对数分布的条件下,进行了短阻尼孔型配流副静压支承的受力分析,得出了油膜厚度是工作压力、结构系数及油液粘度的函数;建立了配流副静压支承在突变载荷下的动态方程和模型,对静压支承的动态特性进行了仿真研究,仿真结果表明短阻尼孔型配流副静压支承具有较好的动态特性,且油膜厚度能在很短时间内恢复到平衡位置,具有很小的超调量.     

高速插齿机静压主轴实验设计

根据高速插齿机静压主轴结构,设计出一套实验装置,进行静压支承的承载能力、润滑油压力、油膜厚度以及润滑油流量的测量。通过承载能力及油膜厚度结果,可以推算出支承的油膜刚度,通过实验验证仿真的准确性。     

弹性变形对大型球磨机轴承性能的影响

研究弹性变形对大型球磨机滑履轴承性能的影响。采用有限差分法求解简化形式的N-S方程,得出油膜压力分布和膜厚分布;借助有限元软件ANSYS分析中空轴和轴瓦的弹性变形。将变形作为油膜变化的条件,油膜压力分布作为变形的条件,进行耦合分析,得出润滑油膜厚度及压力分布。结果表明:考虑中弹性变形时计算得到的最小油膜厚度小于未考虑弹性变形时的厚度,且球磨机四块瓦的油膜厚度分布规律不同,表明中空轴和轴瓦的变形对膜厚分布规律、压力分布及最小膜厚有较大影响,设计时必须考虑弹性变形的影响,以防止出现油膜过薄导致轴承失效。     

液压缸静压支承抗偏载特性分析

对液压缸静压支承抗偏载特性进行了研究,分析静压支承液压缸的润滑性能与泄漏特性,利用FLUENT软件对油膜的压力场特性进行仿真分析,分析液压缸静压支承的抗偏载特性;对静压支承导向套的矩形和工字形油腔的油膜特性进行分析对比,研究液压缸运动速度、偏心量、入口流量与静压支承导向套的承载力和润滑性能之间的关系;搭建实验台,利用电涡流传感器测量活塞杆的偏心距离,对静压支承液压缸与无静压支承液压缸的抗偏载性能进行对比。     

计及轴受载变形的粗糙表面轴承热弹性流体动力润滑分析

同时计及表面形貌、热效应和轴承表面(热和弹性)变形等,对轴受到载荷作用产生变形,导致轴颈在轴承中倾斜时滑动轴承的热弹性流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论表面热变形等对粗糙表面倾斜轴颈轴承热弹性流体动力润滑性能的影响.计算中,采用基于平均流量模型的广义Reynolds方程进行轴承的润滑分析,采用变形矩阵方法计算轴承表面(热和弹性)变形,采用能量方程和热传导方程计算润滑油和轴承的温度分布.结果表明,计及表面热变形时,半径间隙对轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、油膜压力和油膜厚度的分布有较大影响;轴承载荷越大,表面热变形对轴承性能的影响越显著;表面热变形对轴承性能的影响程度与转速高低有直接关系,转速越高,表面热变形的影响越大;相比于表面弹性变形,表面热变形对轴承性能的影响较大;表面形貌是否影响轴承性能以及影响程度与轴承表面变形情况有较大关系,仅考虑热变形时,表面形貌有一定影响,同时考虑热变形和弹性变形时,表面形貌的影响非常小.     

工作液特性与油膜支承参数

一、概述油膜支承是液压元件中常见的一类支承件,与滚动轴承不同。油膜支承主要依靠支承表面间的油膜层的低摩擦特性。支承表面间油膜的形成或借助于支承表面本身的粘性拖曳,或依靠外部压力油。前者称为自作用油膜支承或流体动压支承,后者为静压支承或外供压支承。液压元件中通常都含有若干对摩擦副,如柱塞泵中的柱塞与缸孔、滑履与斜盘、缸体与配油盘,液压阀中的阀芯与阀孔,齿轮泵中的啮合齿轮等。这些摩擦副部具有以下的共同特点: 1、承受着较大的负载,特别是在一些平     

四油垫静压中心架静态性能有限元分析

针对重型装备中应用的四油垫静压中心架支承结构,采用有限元方法计算了四油垫静压中心架支承的变形,并建立了四油垫静压中心架油膜刚度、油膜厚度及承载能力方程,分析了载荷、受力面积和变形等主要参数对静压中心架性能的影响规律。计算数据为工程实际径向静压中心架的选择和结构设计提供了理论依据。     

计入曲轴受载变形的粗糙表面曲轴轴承弹性流体动力润滑分析

对一四缸内燃机曲轴轴承进行了计入曲轴受载变形和表面形貌的弹性流体动力润滑分析.计算中采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴瓦表面的变形.结果表明,表面形貌对曲轴轴承轴心轨迹影响较大,表面弹性变形对曲轴轴承轴心轨迹影响很小;计入表面形貌,曲轴轴承最大油膜压力增大显著,最小油膜厚度明显减小,端泄流量在大部分时间几乎没有变化;计入表面弹性变形,轴承最大油膜压力基本都有不同程度的减小;表面弹性变形对端泄流量、轴颈摩擦因数以及最小油膜厚度的影响甚小.     

高效精密动静压主轴热动力学耦合特性分析

针对采用液体动静压轴承支承的高效精密磨床砂轮主轴工作状况,在砂轮主轴静动态特性分析中,考虑了轴承油膜温升的影响。建立了轴承-油膜流固耦合模型,得到随主轴转速和供油压力的变化而改变的轴承油膜温升和动态轴承支承刚度,然后对主轴系统分别进行静态和动态分析,得到轴承油膜温升影响下的主轴静挠度、动挠度和主轴系统的固有频率。结果表明,对于高效精密磨床,轴承油膜的热特性对砂轮主轴系统的静挠度和动挠度具有显著的影响。     

微凸体油膜弹性支承效应的刨切试验验证研究

论述了切削过程切屑卷曲的主要机理,利用该理论通过试验手段,验证并分析了边界润滑状态下,被切削工件表面微凸体油膜弹性支承问题,进一步论证了“微凸体油膜弹性支承效应”的客观存在。     

计及表面变形的轴向柱塞泵滑靴副热流体动力润滑分析

考虑热变形和弹性变形等影响因素,对倾覆状态下滑靴副热流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论不同柱塞腔压力、主轴转速和进口油液温度等工况下热变形和弹性变形对滑靴副热流体动力润滑性能的影响。采用有限差分法联立求解雷诺方程和油膜厚度方程进行滑靴副油膜润滑分析,采用有限单元法计算滑靴表面变形,采用能量方程和热传导方程计算油膜温度。结果表明,计及热变形和弹性形变时,油膜压力和油膜厚度场在滑靴中心油室和边缘处出现凸起峰值;油膜温度场沿滑靴半径方向由内向外递减分布;柱塞腔压力越大,主轴转速和进油口温度越高,油膜厚度的振荡衰减特征越明显,摩擦转矩随油膜厚度减小而增大,处于柱塞泵的吸排油交替区时的油膜厚度和摩擦转矩出现峰值。     

静压孔位置对油膜支承可倾瓦轴承承载性能的影响分析

为了提高汽轮机转子系统中支承轴承的油膜刚度,以三瓦油膜支承可倾瓦轴承为研究对象,研究静压孔相对位置对轴承承载性能的影响规律。建立了油膜支承可倾瓦轴承油膜润滑模型,并运用计算流体动力学方法数值求解三维N-S方程,揭示了不同静压孔相对位置下轴承压力分布、最小膜厚、偏心率、刚度等性能参数的变化规律。分析结果表明：在载荷为890 N的情况下,改变孔的位置可以提高轴承油膜刚度;当静压孔相对位置γ=5°左右时,孔位置接近油膜最大压力分布区,与γ=0°时相比,最小膜厚和偏心率分别减小9.8%和48%,主刚度kyy、kxx接近原结构的1.4倍和1.1倍,此时静压孔位置为相对最优位置区域。依据分析结果开发了新型油膜支承可倾瓦轴承（γ=5°）,通过试验对比分析了普通滑动轴承与新型油膜支承可倾瓦轴承的综合性能,结果表明,高转速时所开发的新型油膜支承可倾瓦轴承具有更好的承载性能与减振性能。研究结果对油膜支承可倾瓦轴承的性能分析具有一定的参考价值,设计轴承静压孔时可根据油膜压力分布规律对其优化以提高轴承性能。     

流固耦合对油静压导轨动静特性的影响

油静压导轨被广泛应用于超精密机床,在设计和计算时往往都是将结构件作为刚体,即在工作过程中结构件不影响静压支承油膜厚度以及油压的分布。针对环形缝隙节流闭式油静压导轨,以封油面上动态雷诺方程和导轨的弹性变形方程为基础,再结合导轨工作台动力平衡方程,建立静压导轨的流固耦合模型。分析流固耦合对静压导轨压板变形量、动静刚度以及阶跃响应的影响。研究表明,导轨压板的变形随油腔压力的增加而线性增加;导轨压板的变形会导致动静刚度减小,也会导致阶跃响应的过渡时间变长;动静刚度的实测值与导轨压板有变形时的理论计算值吻合较好。     

压差减压阀在静压支承中的应用研究

该文为解决加载试验机工作时引起磨损的严重问题,提出应用静压支承的原理来减小磨损。对静压支承液压系统采用压力跟踪控制方式,保证了静压支承具有足够的油膜刚度,提高了静压支承的承载能力。用压差减压阀在静压支承实现压力跟踪供油控制在国内尚属首次,虽然尚不成熟,但在此方面的探索是十分有益的,它可以为工业生产带来可观的经济效益。