The Effect of Bubbly Oil on the THD Lubrication of Tilting-pad Journal Bearings Subjected to Rotating Unbalance Load

Little work has been published on the contribution of entrained air and/or gas bubbles on the lubricant viscosity and hence on the hydrodynamic performance of bearings. In this work, a thermo-hydrodynamic analysis of the performance of dynamically loaded tilting-pad journal bearing lubricated by bubbly oil is carried out. The non-steady Reynolds equation for compressible fluid and the energy equation are solved iteratively using finite difference method to study the effect of air bubbles on the bearing performance characteristics. The effect of bubbles content on the lubricant viscosity is considered.The results showed that the value of maximum pressure slightly increases with increasing the bubble ratio up to 0.2, while the film thickness deteriorates at very high bubble content. The pressure peak moves in the downstream direction with the increase of bubble ratio ₁, which would be of great importance in deciding the pivot location in tilting-pad bearings.     

计及机体变形的内燃机主轴承弹性流体动力润滑分析

针对某四行程四缸内燃机曲轴主轴承,考虑机体变形因素的影响,进行了曲轴轴承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承表面的变形.结果表明,与不考虑机体变形影响相比,计入机体变形影响时轴承轴心轨迹基本没有改变,在1个工作循环中的大部分时间轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、端泄流量和轴颈摩擦系数几乎没有变化,仅在某些时刻附近轴承最大油膜压力略有减少,轴承最小油膜厚度略有增加.因此在计算精度要求不是非常高的情况下,曲轴主轴承润滑分析可以不考虑轴承表面因油膜压力作用产生的弹性变形的影响.     

滑动轴承非线性油膜力的神经网络模型

在已有的滑动轴承非线性油膜力数据库基础上 ,将轴承的位置和速度参数加以综合 ,利用变量状态空间变换将分段的油膜力数据转换成连续的数据空间 ,建立非线性油膜力连续型数据库和相应的网络模型 .以圆轴承 -转子系统为例 ,分别采用有限差分法、数据库法和 BP网络模型计算了轴承系统的非线性油膜力和轴心轨迹 .结果表明 ,网络模型计算结果与基于数值方法的结果较为吻合 ,可以显著地提高轴承系统的计算效率     

轴同期涡动和轴承座激振对轴承油膜稳定性的影响

在自行设计的轴承试验台上研究了轴颈同期涡动和轴承座激振对油膜层流失稳的影响 .结果表明 :随着轴颈偏心的增大 ,涡动倾向增强 ,流体出现层流失稳 ;当涡动倾向较弱时 ,影响油膜层流失稳的主要因素是轴承激振的强度以及低频激振 ,而高频激振对其影响较小 ;但当涡动倾向较强时 ,轴承激振的强度以及激振频率对油膜层流的失稳几乎没有影响     

Nonlinear dynamic analysis of a rub-impact rotor supported by oil film bearings

A general model of a rub-impact rotor system is set up and supported by oil film journal bearings. The Jacobian matrix of the system response is used to calculate the Floquet multipliers, and the stability of periodic response is determined via the Floquet theory. The nonlinear dynamic characteristics of the system are investigated when the rotating speed and damping ratio is used as control parameter. The analysis methods are inclusive of bifurcation diagrams, Poincaré maps, phase plane portraits, power spectrums, and vibration responses of the rotor center and bearing center. The analysis reveals a complex dynamic behavior comprising periodic, multi-periodic, chaotic, and quasi-periodic response. The modeling results thus obtained by using the proposed method will contribute to understanding and controlling of the nonlinear dynamic behaviors of the rotor-bearing system.     

Thermal problems of multilobe journal bearing tribosystem

Oil film temperature distribution is a key factor in the solution of thermal problems in journal bearings. It allows to find the maximum oil film temperature, thermal distortions of bearing structure and heat flow to and from bearing. The paper describes the results of theoretical investigations into the basic factors in the solution of thermal problems, i.e. the oil film temperature distribution and maximum oil film temperature. The 4-lobe journal bearing operating at laminar oil film as well as in aligned conditions of journal and bush axis was considered. The oil film temperature distribution and maximum oil film temperature have been obtained from the numerical solution of bearing geometry, Reynolds, energy and viscosity equations. The results obtained and the applied code of computation lead to the solution of thermal problems of bearing operation.     

基于Poincare变换的滑动轴承非线性油膜力数据库方法

运用状态空间Poincare变换使径向滑动轴承动力系统的部分状态变量由无限区间变换到有限区间,在经过变换的状态空间中求解Reynolds方程,建立了径向滑动轴承非线性油膜力数据库及相应的插值拟合程序,实现了非线性油膜力的快速准确获得。通过滑动轴承,转子系统运动瞬态分析和Poincare映射方法验证了数据库及拟合程序的精度。     

气泡夹带对壁面油膜流动特性的影响

油-气润滑系统工作过程中,润滑油膜受微油滴冲击和压缩空气扰动影响易形成气泡夹带现象,气泡夹带行为将对壁面润滑油膜层的形成及流动过程产生重要影响。基于VOF数值模拟方法,对含气泡油膜沿倾斜壁面的流动行为进行研究,考察了气泡的存在对油膜形态和流动速度的影响规律,以及气泡破裂阶段空腔邻域内流体压力变化特性。研究表明,油膜夹带气泡的形变和迁移诱发气泡周围微流场的速度扰动现象,导致气液界面处产生非均匀速度梯度分布,进而引发油膜表面的形态波动。气泡发生破裂时,油膜空穴部位发生明显的正负压力波动现象,气泡附近壁面将承受一定的交变载荷作用。     

弹性箔片动压径向气体轴承动特性的实验研究

建立了新型弹性箔片动压气体轴承性能测试实验台，在静载60N、转速9000r／min条件下进行轴承性能测试试验，通过中心插值法获得轴承中心的扰动速度和加速度，采用时域最小二乘法计算不同激振频率下的8个轴承动态线性刚度和阻尼系数，考察了激振频率对轴承动特性系数的影响．结果表明：轴颈中心扰动轨迹为椭圆形且振幅随动态激振频率增加而增大；刚度和阻尼系数的直接项随动态激振频率增加而减小；交叉刚度和阻尼相对激振频率的变化较小，且其值小于直接项；当激振频率与轴颈转动频率相同时，工频成分的影响较大，轴心扰动幅值明显增大，刚度和阻尼的直接项小于其它频率时的值．     

Operator‐splitting method for the analysis of cavitation in liquid‐lubricated herringbone grooved journal bearings

This paper presents an operator‐splitting method (OSM) for the solution of the universal Reynolds equation. Jakobsson–Floberg–Olsson (JFO) pressure conditions are used to study cavitation in liquid‐lubricated journal bearings. The shear flow component of the oil film is first solved by a modified upwind finite difference method. The solution of the pressure gradient flow component is computed by the Galerkin finite element method. Present OSM solutions for slider bearings are in good agreement with available analytical and experimental results. OSM is then applied to herringbone grooved journal bearings. The film pressure, cavitation areas, load capacity and attitude angle are obtained with JFO pressure conditions. The calculated load capacities are in agreement with available experimental data. However, a detailed comparison of the present results with those predicted using Reynolds pressure conditions shows some differences. The numerical results showed that the load capacity and the critical mass of the journal (linear stability indicator) are higher and the attitude angle is lower than those predicted by Reynolds pressure conditions for cases of high eccentricities. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

计及轴颈倾斜的径向滑动轴承湍流润滑分析

分析了轴颈倾斜状态下，径向滑动轴承的湍流润滑性能. 基于轴颈倾斜的统一Reynolds方程和能量方程，应用有限差分法求解了不同轴颈倾斜方位角、轴颈倾斜度、偏心率和平均雷诺数下的径向滑动轴承湍流润滑性能. 结果表明:轴颈倾斜方位角α=0°时，随着轴颈倾斜度的增大，轴承油膜的压力峰向轴承一端移动，轴承一端的轴向油膜温度梯度增大；α=90°时，随着轴颈倾斜度的增大，轴承油膜压力逐渐出现双峰分布，且向轴承两端移动，轴承两端的轴向温度梯度也不断增大. 在相同轴颈倾斜度增量下，轴承最大油膜压力、最高油膜温度、承载力和稳定工作力矩的增量随轴承中央截面偏心率的增大而增大. 相同轴颈倾斜度增量下，轴承最大油膜压力增量、最高油膜温度增量、承载力增量、摩擦系数减量和稳定工作力矩增量随平均雷诺数的增大而增大. 可见，径向滑动轴承湍流润滑分析中有必要考虑轴颈倾斜因素的影响.      

油膜轴承负荷特性的数值解析

轧机油膜轴承频繁出现巴氏合金剥落、龟裂等现象，直接影响到油膜轴承的使用寿命和轧制生产的正常进行，应用三维弹性接触问题的边界元法对宝钢2050支承辊油膜轴承载荷分布进行分析研究，建立了油膜轴承的接触模型，模拟真实的约束与受力，结果轴承出现严重偏载现象，通过改善约束条件，在自位情况下轴承偏载现象大幅度降低，同时接触应力也在一定程度上减小，从而使得轴承的承载能力得到提高，由于考虑了弹性变形的影响，该方法具有计算精度高，收敛速度快等优点。     

推力轴承对轴承－转子系统的耦合作用研究

研究了推力轴承对轴承－转子系统的耦合作用。在传递矩阵法的基础上，提出一种研究考虑推力轴承影响的轴承－转子系统的动力学的通用方法。研究中考虑了如下几个因素：（１）推力盘的静态倾斜；（２）转子的静变形；（３）径向轴承中负荷的重新分配；（４）偏载对径向轴承性能的影响；（５）推力轴承对系统稳定性的影响。研究结果表明，在某些情况下，推力轴承对径向轴承的动特性、转子的静挠度、系统稳定性等具有显著的影响     

不同设计参数下螺旋槽径向液体润滑轴承油膜稳定性的比较计算

采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法求解油膜压力的雷诺方程和扰动压力的摄动方程,并分析了螺旋槽径向液体润滑轴承的动态性能。采用逐步修正的迭代法实现正压力区和油膜破裂区交界处的雷诺边界条件。在不同参数下比较了螺旋槽轴承油膜不产生涡动的转轴临界质量Ｍｃ,并进行了参数的比较计算,发现合理地选择参数可以得到良好的油膜稳定性,甚至可达到绝对稳定。     

弹性支承滑动轴承不平衡转子系统非线性动力稳定性和分岔的研究

研究弹性支承滑动轴承不平衡转子系统的稳定性及分岔特性。建立了弹性支承-滑动轴承-转子非线性动力系统的力学模型，在油膜力非线性的情况下，应用数值模拟，采用打靶法计算了刚性转子系统的周期解，并与龙格-库塔法计算的结果进行了对比，依据Floquet理论，分析了周期解的稳定性，再结合龙格-库塔法、Poineare映射法作出了系统运动分岔图。最后，讨论了轴的柔性对转子系统运动稳定性的影响。     

随动耦合变阶梯径向滑动轴承动力特征及稳定性的研究

用有限差分法循环迭代求解了随动耦合变阶梯结构径向滑动轴承油膜压力的雷诺方程和两阶段油膜耦合变阶梯结构的流量控制方程。在分析轴承油膜压力形成机量及静力特性的基础上,采用对位移和速度的小扰动法计算了轴承的动力特性系数,考察了运转参数对这种轴承承载特性、动力特性系数、等效刚度、界限涡动比以界限失稳转速的影响,结果发现合理地选择设计参数可以使这种轴承具有较好的静力特性、动力特性和稳定性。     

有限长滑动轴承非线性油膜力的近似解法

本文中提出了一种求解有限长径向滑动轴承非线性油膜力的近似解析方法.在滑动轴承-转子系统非线性动力行为分析中,油膜力计算模型通常采用"π"油膜假设,但是,实际工况中油膜的存在区域并非是"π"区域,运行时油膜中出现气穴,破裂成条纹状(即具有Reynolds边界条件).本文中的近似解析方法采用Reynolds边界条件,基于变分原理,运用分离变量法求解油膜的压力分布,其中油膜压力的周向分离函数通过无限长轴承的油膜压力分布获得,油膜的破裂终止位置角通过连续条件确定,轴向分离函数运用变分原理并结合周向函数求得.计算结果表明:本文中提出的方法和有限元方法的结果吻合得很好.在此基础上,分析了一些轴承参数对油膜压力分布的影响.     

极端工况双矩形腔静压推力轴承动态特性

静压推力轴承动态特性受润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积等因素影响, 极端工况运行过程中经常承受阶跃载荷或正弦载荷作用, 突加载荷将导致静压推力轴承动态特性改变, 表现为轴承的抗冲击能力和恢复平衡所需时间的变化. 为获得高速重载微间隙极端工况条件下双矩形腔静压推力轴承动态特性, 分别在不同油膜厚度、不同润滑油黏度以及不同油腔尺寸条件下对双矩形腔静压推力轴承的动态性能进行理论分析, 探讨了阶跃载荷作用下润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积对轴承动态性能的影响, 揭示了油膜动态变化规律, 探究了正弦载荷作用下双矩形腔静压推力轴承的稳定性. 结果表明: 润滑油黏度、油膜厚度和油腔尺寸变化对其动态性能有很大的影响. 润滑油黏度越大、油膜厚度越小、油腔面积越大突加载荷作用下润滑油膜抵抗冲击的能力越强, 旋转工作台受到突加外力作用下恢复至平衡状态所用时间越短. 双矩形腔静压推力轴承油膜具有较大的阻尼系数, 轴承具有极强的抵抗正弦加载作用的能力      

NONLINEAR NUMERICAL ANALYSIS OF A FLEXIBLE ROTOR EQUIPPED WITH SQUEEZE COUPLE STRESS FLUID FILM JOURNAL BEARINGS

This study performs a dynamic analysis of a rotor supported by two squeeze couple stress fluid film journal bearings with nonlinear suspension.The numerical results show that the stability of the system varies with the non-dimensional speed ratios and the dimensionless parameter l*.It is found that the system is more stable with higher dimensionless parameter l*. Thus it can conclude that the rotor-bearing system lubricated with the couple stress fluid is more stable than that with the conventional Newtonian fluid.The modeling results thus obtained by using the method proposed in this paper can be used to predict the stability of the rotor-bearing system and the undesirable behavior of the rotor and bearing center can be avoided.