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.     

双矩形腔静压滑动轴承高速时的油膜润滑特性

针对静压轴承运行过程中因工作转速(尤其是较高转速)的变化和内部流体受压摩擦发热导致油膜变薄,进而影响机械加工精度和运行可靠性的问题,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜润滑特性.该研究方法针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,建立了轴承油膜润滑特性理论分析模型,采用C语言编辑了用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,利用有限体积法仿真分析了该型号轴承在80、100、120、140、160、180和200 r/min高转速下的油膜动态性能,揭示出高转速下膜厚变化对油腔温度、压力、流速、封油边处流量的影响规律.最后,通过设计试验测试了一定载荷下不同转速时的油膜厚度、油腔压力和温度的变化,并对理论分析和仿真模拟加以验证.研究发现,高速下的静压轴承随着油膜厚度减小,油膜温度升高加快,其黏度下降导致高速运转下润滑油变稀,形成的动压不足以补偿压力损失的压降,导致低膜厚下工作转速升高油腔内压力值反而有所降低.     

精密测试转台空气静压轴承动态特征

由于气体的可压缩性，惯导测试设备上的空气静压轴承，在工作中常发生气膜振荡而严重影响主轴刚度和运动精度。本文深入研究了在阶跃载荷及交变载荷作用下，轴承气膜的过渡特性及动刚度特性，为分析空气静压轴承的动态特性提供了理论根据，并成功地解决了转台轴承的稳定性问题。     

介观双粗糙弹塑性流体动力润滑界面法向接触刚度模型

弹性流体动力润滑状态通常出现在机械高副零部件的点/线接触部位,如齿轮、轴承和蜗轮蜗杆等. 宏观上点/线接触在介观层面表现为两粗糙表面的接触,在微观层面上则又表现为微凸体间的接触. 由于在中/重载荷作用下,粗糙表面上的微凸体发生接触后会产生弹塑性/塑性变形,从而使得两粗糙表面的弹流润滑接触转变为弹塑性流体动力润滑接触. 此外,界面的接触刚度决定了机械装备的整机刚度. 为了精确获得弹性流体动力润滑状态下界面法向接触刚度及其主要影响因素,基于界面的法向接触刚度由固体接触刚度和润滑油膜刚度两部分构成的思想,根据固体弹塑性理论和流体动力学理论,分别对界面间微凸体侧接触及部分膜流体动力润滑进行分析,从微观入手揭示双粗糙表面弹塑性流体动力润滑接触机理,进而建立考虑微凸体侧接触弹塑性变形的流体动力润滑界面法向接触刚度模型. 通过仿真分析,揭示了法向载荷、卷吸速度、表面粗糙度及润滑介质特性等因素对润滑界面法向接触刚度的影响规律. 研究表明:在相同速度、粗糙度及润滑油黏度的工况下,固体接触刚度和油膜接触刚度均随着法向接触载荷的增加呈非线性增大;在相同载荷、速度及润滑油黏度的工况下,接触表面粗糙度越大,表面形貌对于润滑状态的影响较强,固体接触刚度占界面总刚度的主要部分,界面主要由固体承载;在相同载荷、粗糙度及润滑油黏度工况下,随着卷吸速度的增大,固体接触刚度逐渐减小,油膜刚度占界面总刚度的主要部分;在相同载荷、粗糙度及速度工况下,随着润滑油黏度的增大,油膜刚度基本保持不变,固体接触刚度基本不受润滑油黏度的影响. 通过理论建模准确获得单位面积弹塑性流体动力润滑结合面法向接触刚度,对改善机械装备动态性能、提高机械装备的可靠性具有重要的理论和实际意义.      

基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究

由发动机主轴轴承油膜空穴造成的不规则打字机敲击噪声一直是汽车领域未解决的难题. 为了探究发动机主轴轴承动态载荷性能耦合作用下产生的异常空穴噪声，本文作者利用自行设计的平行板挤压油膜试验机进行模拟噪声试验并探究空穴噪声的特征. 该试验机可同时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号，通过试验探究了不同激励信号、挤压振幅、挤压频率、润滑油黏度等因素对空穴噪声的影响，结果表明在方波、大振幅、使用高黏度润滑剂以及挤压频率为12 Hz的状况下容易产生空穴噪声.      

齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究

为探究齿轮磁流体润滑与动力学的耦合效应,考虑外磁场及时变啮合刚度的激励作用,建立齿轮磁流体润滑模型与动力学模型,分析磁感应强度对磁流体黏度、油膜刚度、动载荷分布以及润滑特性的影响. 研究结果表明:适当增大磁感应强度并使磁流体中的磁性颗粒达到其饱和磁化强度,可以减小动态传递误差、齿轮副振动速度以及动载荷,改善啮入冲击和换齿冲击;较大的磁感应强度可以降低油膜温升,增大油膜厚度并使油膜压力和油膜厚度的振幅减小且加快其趋于稳定的速度,在改善润滑效果的同时并在一定程度上抑制齿轮系统振动和噪声的产生.      

一类非圆空腔的冲击响应问题

本文用扰动形式的映射函数对非圆空腔在冲击载荷作用下的动态响应问题进行了摄动求解,给出了“0”级及“1”级摄动解的具体算式及阶跃脉冲载荷作用下椭圆腔的数值算例。     

超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析

以新一代液体火箭发动机涡轮泵为应用前景,提出了一种带小孔节流的超导-液体静压复合推力轴承.该复合轴承由6块圆形超导瓦和6块带有小孔节流的圆形液体静压推力瓦构成,依靠涡轮泵系统自带的低温介质(如液氢液氧等),可以实现超导磁斥力与流体静压力的复合.基于解耦方法分析了复合轴承的静动特性,重点研究不同液膜厚度下复合轴承的承载力和刚度随节流孔径、液腔直径等的变化规律.在设计工作点附近,超导推力瓦和静压推力瓦的承载力大体相当,而后者的刚度则是前者的300倍以上.理论结果表明该复合结构既可以保证启动阶段无接触摩擦,又能在工作阶段保持较高刚度以抗冲击,对设计高可靠性火箭涡轮泵的轴系结构具有参考价值.     

基于润滑特性仿真的燃油泵滑动轴承优化设计

磨损加剧是低介质黏度和自冷却结构燃油泵滑动轴承主要失效机制,为提高轴承使用寿命,论文提出了一种基于滑动轴承润滑特性分布规律的轴承优化设计方法.首先基于油膜动压润滑流动的Reynolds方程和等效黏度润滑流动模型,以绝热流动为假设简化滑动轴承内部流动的能量方程,构建一种联合Reynolds方程和绝热流动能量积分方程的燃油泵滑动轴承热流润滑模型.其次采用CFD数值模拟和有限差分法相结合的混合仿真方法,分别对不同间隙比、偏心率、宽径比条件下的滑动轴承的润滑特性进行了仿真,最后采用基于遗传算法的间接法优化方法进行滑动轴承结构优化设计.研究结果表明:优化后的轴承偏心率为0.822 4,宽径比为1.2,油膜厚度为2.7μm,平均温升为36℃,滑动轴承油膜承载力试验测试值与仿真计算值间的误差最大不超过5%,表明轴承能够很好地承受燃油泵的径向力载荷,从而保证轴承与轴瓦不发生摩擦接触并具有良好的润滑性能.     

RV减速器主支撑角接触球轴承混合润滑分析

针对RV减速器角接触球轴承承受预紧力、轴向力和径向力等联合外载荷作用的工况,分析得出了内、外圈滚道接触界面的接触区几何参数和接触载荷.在此基础上,综合考虑了角接触球轴承的接触区宏观几何、接触载荷、真实表面粗糙度、瞬态效应等因素,建立了角接触球轴承混合润滑数学模型,分析了在不同工况下角接触轴承的润滑状况及表面以下应力分布.结果表明:随着载荷的不断增加,钢球与内圈沟道之间的油膜厚度会不断减少,导致干接触面积迅速扩大,接触点表面以下最大应力增大;转速的增加会使油膜变厚,干接触面积缩小.该结果对角接触球轴承的实际工程应用具有重要借鉴意义.     

条状润湿表面对面接触限量润滑油膜的影响研究

利用面接触油膜润滑测量系统，研究了条状润湿表面对有限量供油条件下入口区供油分布及润滑油膜厚度的影响. 对玻璃盘润滑轨道两侧进行疏油化处理，形成中央条状润湿区域，在有限量供油条件下测量不同速度下的油膜厚度. 结果表明在表面力驱动下，润滑油向中央条状亲油区域集中，改善了入口区供油，促进了限量供油条件下的油膜形成. 相对油膜厚度随速度的增加呈“S”型变化，同时研究了润滑油黏度及供油量等工作参数对条状润湿轨道作用的影响.      

水润滑高速动静压轴承试验研究

研究了动静压轴承在水介质润滑和高速、高压极端工况条件下,最小液膜厚度和流量等性能参数的变化情况,并将其与理论预测结果进行比较.结果表明,水润滑动静压轴承在高速时能够稳定运行,且形成完整的润滑液膜,没有出现明显的汽化及汽蚀现象,试验后轴承表面涂层基本完好.试验结果显示出轴承的承载能力和流量主要取决于供水压力,这与理论预测结果基本一致.     

高速极重载热弹流润滑分析

求出了高速极重载工况下线接触热弹性流体动力润滑问题的数值解,并对摩擦副进行了应力分析。指出粘度高和粘压系数大的润滑油虽可增加油膜厚度,但亦会加速表面的疲劳磨损。     

高压微间隙下4010航空油的润滑特性研究

在自制的新型膜厚测量仪上,测量4010航空油在不同接触压力、温度和卷吸速度下的干涉图像,分析接触区的润滑特性。结果表明：在低温高速区主要表现为弹流润滑,中心膜厚与接触压力呈负相关;而在低温低速、高温区主要表现为薄膜润滑,中心膜厚受接触压力的影响较小。在弹流润滑区内高接触压力下油膜形状呈平坦状分布,而薄膜润滑区内油膜形状总体上比较平滑。随着载荷的增加,弹流润滑区内由Hamrock-Dowson理论算得的膜厚值和实测值逐渐偏离,理论公式中卷吸速度和载荷的指数需要调整;而薄膜润滑区的膜厚值基本上保持平稳。     

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。     

孔隙渗流对环面复层含油轴承润滑性能的影响

含油轴承基体中油液的渗流特性对轴承油膜润滑性能影响显著. 以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象，利用达西定律建立复层含油轴承基体中流体渗流的控制方程，在极坐标下建立环面复层含油轴承系统渗流润滑模型，研究复层环面副系统中油膜压力分布规律，分析轴承结构参数及孔隙渗流行为对油膜润滑性能的影响. 结果表明:复层含油轴承的流体动压力主要发生在环形摩擦面间，从摩擦界面到轴承底面，流体压力逐渐由外缘向圆心部位传导，流体动压力作用面积逐渐增大，压力峰值逐渐降低；随着倾角增大，摩擦界面间的油膜动压效应增强，油膜润滑性能变好；随着表层渗透率或厚度减小，摩擦界面间的油膜的渗流效应减弱，油膜润滑性能提高；与普通单层含油轴承相比，含致密表层的复层含油轴承能降低整体孔隙率，防止过多轴承间隙油液渗入多孔介质，提高轴承润滑性能. 研究工作为明晰环面复层含油轴承渗流行为及润滑机理提供一定理论依据.      

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     

不同载荷和温度下碳烟对柴油机油摩擦学性能的影响

在SRV IV摩擦磨损试验机上,采用球-盘接触方式,考察了不同碳烟浓度的柴油机油在不同载荷和温度下的摩擦学特性,借助三维表面形貌仪、扫描电子显微镜及能谱仪、拉曼光谱探讨了由于载荷或温度改变引起含碳烟柴油机油摩擦学性能发生变化的原因.结果表明:当柴油机油中碳烟质量分数为5%时,当载荷或温度升高引起含碳烟柴油机油的摩擦学性能出现突变.突变表现为摩擦系数升高,磨损剧烈增加.分析认为,碳烟含量较高时,温度或载荷的升高容易引起润滑油膜破裂,出现乏油润滑,导致磨损加剧,摩擦系数升高.     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.