大型抽水蓄能机组推力轴承特征研究—（I）静特性研究

为了精确计算可倾瓦推力轴承的静特性,本文建立了推力轴承静特性的计算模型,推导了推力轴承动力润滑的基本Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,考虑了润滑油温粘效应、素流的影响、瓦块的温度变形及压力弹性变形。本文还以广州蓄能水电厂一期工程四号机组的推力轴承为例,计算了几种不同初始参数条件下的计算结果,以期对机组推力轴承的特性有一个较全面的认识和了解。     

大型抽水蓄能机组推力轴承特性研究——（Ⅰ）静特性研究

为了精确计算可倾瓦推力轴承的静特性,本文建立了推力轴承静特性的计算模型,推导了推力轴承动力润滑的基本Reynolds方程,考虑了润滑油温粘效应、素流的影响、瓦块的温度变形及压力弹性变形．本文还以广州蓄能水电厂一期工程四号机组的推力轴承为例,计算了几种不同初始参数条件下的计算结果,以期对机组推力轴承的特性有一个较全面的认识和了解．     

运行过程中载荷突变时可倾瓦推力轴承瞬态热效应的实验研究

研究了可倾瓦推力轴承在名义转速分别为2000r/min和4000r/min下,当载荷突然变化时推力轴在油膜温度和油膜厚度的瞬态变化规律。实验结果表明：当载荷突然增大时,油膜温度以及进油边温度上升,油膜厚度减小;随着载荷变化幅度的增大,温度上升幅度也增大,油膜厚度进一步减小;在载荷变化相同的情况下,相同时间间隔内转速高时油膜温度增大幅度比转速低时要大,而油膜厚度减小幅度比低转速下小。     

基于PID方法的可倾瓦推力轴承分析

使用PID方法控制可倾瓦推力轴承流场求解中轴瓦倾角和支点膜厚的迭代,实现了力和力矩平衡同步收敛.以光滑及粗糙表面下可倾瓦推力轴承流场求解为例,对比PID方法和传统方法,PID法编程便捷,计算效率高,同时能够反映可倾瓦推理轴承的刚度特性.考虑表面粗糙度时,PID法能够求解传统方法不收敛的问题.     

碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

对碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承在稳态运行时的热动力润滑性能进行了分析研究,考察了弹簧弯曲刚度,载荷和转速对轴承的油膜厚度为分布,压力分布,温度分布,功耗及油膜压力中心位置的影响,并提出了温度因子概念,研究表明,较小的弹簧弯曲刚度和载荷有利提高轴承的热动力润滑性能,油膜温度随温度因子的增大而增大,当轴承转速在较大的范围内变化时,温度因子基本为常母,油膜温度敢基本不变,油膜压力中心位于瓦几何中心的上游区     

圆形瓦推力轴承动特性研究

建立了圆形可倾瓦推力轴承动特性计算的数学模型,考虑瓦变形对轴承性能的影响,对中心支承条件下的圆瓦推力轴承的动特性数学模型进行了有限元求解,得出了圆瓦推力轴承的动特性系数值,同时讨论了弹簧支承时的弹簧刚度选取依据,所得结果可用于指导圆形瓦推力轴承的设计和应用。     

瓦块弹性对大型水轮发电机组径向可倾瓦轴承润滑性能的影响

用有限元素法和有限差分法建立了可倾瓦轴承瓦块三维弹为形及热效应的计算模型。分析了由瓦面油膜压力引起的三维瓦块弹性变形对采用小包角径向可倾瓦及瓦块支点非均匀密集布置方式下滑动轴承热动力润滑性能的影响。结果表明：在大型低速重载条件下,瓦块三维弹性变形及热效应对小包角瓦块非均匀布置的径向可倾轴承后静态特性和动力特性均有较大影响。     

预紧方式对弹流润滑下角接触球轴承内部力学特性的影响

油膜厚度预测在评估弹流润滑(EHL)下角接触球轴承的性能和耐久性方面发挥着重要的作用. 耦合拟静力学理论和自旋下椭圆接触弹流模型,以干接触角接触球轴承拟静力学分析方法为基础,建立了定压和定位预紧方式下考虑弹流润滑和钢球自旋运动的角接触球轴承的拟静力学分析模型. 采用快速傅里叶变换(FFT)计算椭圆接触的弹性变形,运用Gauss-Seidel迭代方法求解Reynolds方程,得到自旋弹流模型的完全数值解,将其代入轴承拟静力学模型中迭代,得到轴承内部接触载荷、三维接触压力及三维膜厚分布. 对采用不同预紧方式的SKF7210型角接触球轴承进行分析,结果表明:富油润滑下,当轴承转速从0增大到15 000 r/min时,定压预紧时内圈轴向位移减小17.83%,而定位预紧时内圈承受的轴向载荷增大23.17%;定压预紧方式下球与内外滚道间膜厚均略大于定位预紧. 此外,不同预紧方式下,外圈上的中心膜厚大于内圈10%. 与干接触相比,定压下考虑弹流润滑内圈上接触载荷略大0.64%.      

球轴承启停过程的瞬态热混合润滑分析

建立了角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑了热效应和时变效应的Reynolds方程,对启动和制动过程中的球轴承瞬态热混合润滑问题进行了分析,考虑了不同加速度启动工况下的瞬态热混合润滑情况.结果表明:启动过程中,随转动速度的增大,最小膜厚增大,轴承逐渐由边界润滑进入弹流润滑状态;不同滑滚比下进入弹流润滑状态的时间有所不同,随着滑滚比的增大,进入弹流润滑的时刻有所推迟,轴承处于同一转速条件下的油膜厚度变小;随着转速的增大,油膜温度升高,最高油膜温度增长幅度减小;加速度的增大使边界润滑消失的时间提前,随着转速的增加,油膜温度增大,且在同一时刻加速度越大油膜温度越高;油膜减小过程中的挤压膜作用导致轴承制动过程中的油膜厚度大于启动过程中的油膜厚度;由于在相同转速下轴承在启动时处于边界润滑状态,而在制动时处于弹流润滑状态,润滑状态的不同导致制动过程中的最高油膜温度较启动过程较小.     

四瓦可倾瓦径向滑动轴承动力特性的实验研究

采用在线分析方法考察了300MW汽轮发电机可倾瓦轴承的静、动力特性,探讨了载荷、轴颈转速以及动态激振力频率等参数变化对可倾瓦轴承的静、动态性能的影响,比较试验结果与理论计算结果发现,在不同频率激振力作用下,理论计算所得到的可倾瓦轴承动特性参数与试验结果有较大的差异。     

陀螺电机用H型动压气体轴承启动摩擦特性分析

为减小陀螺电机用H型动压气体轴承启动过程中的摩擦与磨损,建立了考虑表面粗糙接触与润滑的H型动压气体轴承模型,对其启动摩擦特性进行研究。首先,通过求解轴粗糙表面在转子重力作用下的弹性变形,确定启动前转子启动位置和启动力矩。然后,对表面粗糙接触与润滑方程、转子五自由度运动方程进行联立求解,得到启动过程中轴承承载力、运动轨迹、接触面积等特性,并通过接触面积减为0来判断转子的浮起时间和浮起转速。最后,研究轴承表面粗糙度和腔型结构等参数对轴承启动摩擦特性的影响。分析结果表明:减小粗糙表面峰顶标准差可降低浮起转速、减小磨损范围;随着腔宽比的增大,浮起转速增大、磨损范围减小;而随着腔深的增大,浮起转速和磨损范围均先减小后增大,腔深为1.0μm和2.0μm时浮起转速和磨损范围分别最小。     

粗糙度纹理对有限长线接触混合润滑影响

采用统一Reynolds方程建立有限长线接触混合润滑模型,研究横向、纵向和二维规则表面粗糙度的波长、幅值及工况变化对润滑影响.结果表明:波长、幅值与工况对三种表面粗糙度接触副的润滑影响类似;随着载荷增大,平均膜厚降低,摩擦系数、接触载荷比与接触面积比均增大;随着转速升高,平均膜厚增大,摩擦系数、接触载荷比与面积比均降低,其中摩擦系数随转速进一步增大而小幅升高.在润滑状态转换区域润滑特征参数变化显著,而其他润滑区域变化平缓.沿卷吸速度方向的压力与膜厚波动分布存在相位差,垂直方向则同相位;相同的工况和粗糙度参数时,纵向粗糙度分布更有利于接触润滑.     

空间润滑谐波减速器失效机理研究

为研究空间环境下谐波减速器失效机理,并为其可靠性寿命试验提供理论基础,对空间润滑谐波减速器进行5 000 h真空寿命试验.结果表明:DLC薄膜与润滑脂(Braycote601)复合润滑的柔轮-刚轮齿面运转良好,Braycote601油脂单独润滑的柔轮内壁-柔性轴承外圈出现严重磨损.对其进行混合润滑数值分析,结果显示在3～150 r/min的转速范围内,该接触区域始终处于混合润滑状态并由此导致磨损产生,微凸体直接接触所负担的载荷比例随转速的增加而减小,随温度与载荷的增加而增大;低速运转时,温度与载荷对微凸体接触程度的影响效果明显,但随着转速的增大,温度与载荷的影响快速减弱.     

谐波减速器黏着磨损失效加速寿命模型研究

针对空间润滑谐波减速器黏着磨损失效的加速寿命试验方法问题,首先基于Johnson-Williamson的粗糙表面接触模型建立了混合润滑状态下的黏着磨损模型,模型表明磨损速率主要由粗糙表面微凸体接触承担的载荷比例决定.然后,对磨损部位进行考虑粗糙表面真实形貌与润滑剂流变特性的混合润滑数值分析表明,转速与载荷对微观界面接触与润滑分布状态的影响显著,温度的影响有限,因此传统提高转速并升高温度以保持油膜厚度一致的加速寿命试验方法已不适用.最后以增大转速、载荷并保持或增大混合润滑状态下微凸体接触承担的载荷为加速寿命试验准则,以微凸体承担载荷为加速应力建立了黏着磨损的加速寿命模型,并以不同工况的加速寿命试验与寿命分布统计对其准确性进行了验证.     

可倾瓦轴承支承的转子系统稳定性研究

对一些由可倾瓦轴承支承的典型转子系统的稳定性研究结果表明:即使在理想工况下,经典理论关于“可倾瓦轴承——转子系统是本质稳定的”结论也是不正确的。在这类系统中同样存在着和固定瓦轴承——转子系统一样的不稳定性问题。本文还进一步讨论了各种参数对系统稳定性的影响(如瓦块惯性J.预负荷系数V.支点系数,外交叉刚度和外阻尼等)。无疑,这些讨论将有助于对工程中此类系统时而发生油膜振荡的根本原因的认识。最后,文中还给出了这类系统的失稳转速计算公式。     

粗糙表面接触力学问题的重新分析

为了克服基于统计学参数的接触模型的尺度依赖性以及现有接触分形模型推导过程中初始轮廓表征受控于接触面积或取样长度的不足,基于粗糙表面轮廓分形维数D、尺度系数G和最大微凸体轮廓基底尺寸l,建立了新的粗糙表面接触分形模型,探讨了微凸体变形机制、粗糙表面的真实接触面积和接触载荷的关系,揭示了接触界面的孔隙率和真实接触面积随端面形貌、表面接触压力等参数变化的规律,给出了不同形貌界面被压实的最大变形量.结果表明:微凸体变形从弹性变形开始,并随着平均接触压力pm的增大逐步向弹塑性变形和完全塑性变形转变;接触界面的初始孔隙率φ_0随D的增大而增大,压实孔隙所需要的最大变形量δ也随之增大;接触压力p_c增大,孔隙率φ减小,并随着D的增大和G减小,φ快速减小,直至填实,变为零;D较小时,G的增大对真实接触面积的增大影响较小;D较大时,G的增大对真实接触面积的增大作用明显.研究成果为端面摩擦副的润滑与密封设计提供了理论基础.     

《润滑理论基础》

本书系润滑学科的基础书籍.由英国帝国学院著名学者 A.Cameron 教授积数十年之教学经验编撰而成.书中反映了作者本人的许多研究成果.现已由上海交通大学沈继飞副教授译出.全书共分十七章,包括绪论、粘度、雷诺方程、收敛-发散楔、可倾瓦块和固定瓦块推力轴承、圆盘、径向轴承、轴承中的热量、交变载荷和挤压膜、油膜振荡、多孔轴承、流体静压轴承、弹性流体动压轴承、摩擦和发热、...     

《润滑理论基础》

本书系润滑学科的基础书籍.由英国帝国学院著名学者 A.Cameron 教授积数十年之教学经验编撰而成.书中反映了作者本人的许多研究成果.现已由上海交通大学沈继飞副教授译出.全书共分十七章,包括绪论、粘度、雷诺方程、收敛-发散楔、可倾瓦块和固定瓦块推力轴承、圆盘、径向轴承、轴承中的热量、交变载荷和挤压膜、油膜振荡、多孔轴承、流体静压轴承、弹性流体动压轴承、摩擦和发热、     

仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响. 为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类. 利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析. 结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳. 通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能. 该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.      

粗糙表面接触力学问题的重新分析

为了克服基于统计学参数的接触模型的尺度依赖性以及现有接触分形模型推导过程中初始轮廓表征受控于接触面积或取样长度的不足,基于粗糙表面轮廓分形维数$D$、尺度系数$G$ 和最大微凸体轮廓基底尺寸$l$,建立了新的粗糙表面接触分形模型,探讨了微凸体变形机制、粗糙表面的真实接触面积和接触载荷的关系,揭示了接触界面的孔隙率和真实接触面积随端面形貌、表面接触压力等参数变化的规律,给出了不同形貌界面被压实的最大变形量. 结果表明:微凸体变形从弹性变形开始,并随着平均接触压力$p_{\rm m}$ 的增大逐步向弹塑性变形和完全塑性变形转变;接触界面的初始孔隙率$\phi_{0}$ 随$D$ 的增大而增大,压实孔隙所需要的最大变形量$\delta $ 也随之增大;接触压力$p_{\rm c}$ 增大,孔隙率$\phi$ 减小,并随着$D$ 的增大和$G$ 减小,$\phi$ 快速减小,直至填实,变为零;$D$ 较小时,$G$ 的增大对真实接触面积的增大影响较小;$D$ 较大时,$G$ 的增大对真实接触面积的增大作用明显. 研究成果为端面摩擦副的润滑与密封设计提供了理论基础.