考虑动力学特性的航空发动机主轴球轴承热弹流分析

本文中以476728航空发动机主轴球轴承高速重载典型工况为算例,提出一种将轴承动力学分析和热弹流润滑分析相集成的数值算法,打破传统分析中二者在各自领域独立进行的局限性,提高了轴承数值计算的精确度.对比了传统拟动力学分析、集成分析和实验实测的最小膜厚,结果表明:集成分析结果与试验获得数据更为一致,证明本文的算法可行,能够更为准确地判断航空发动机主轴球轴承的润滑状态.探讨了航空发动机主轴球轴承结构参数曲率系数、初始接触角和滚动体数目对轴承接触应力、相对滑动速度、弹流润滑膜压力、膜厚和温度性能的影响,为航空发动机主轴球轴承的结构设计及优化提供重要理论依据.     

MoS2基复合薄膜润滑球轴承在真空环境下的摩擦性能研究

分析了MoS2基复合薄膜润滑球轴承的润滑机制,研究了MoS2基复合薄膜润滑深沟球轴承在不同真空度下的摩擦力矩,在真空度4×10^-4Pa条件下,对空间光学调制器支撑轴承进行1 a的工程试验,并采用扫描电子显微镜和能量色散谱仪分析轴承表面及工作区的形貌及其成分.结果表明：在4×10^-4Pa下,轴承的摩擦力矩随转速增加而趋于稳定;空间光学调制器中MoS2基复合薄膜润滑球轴承在工作区内生成了转移膜,使得轴承的摩擦力矩变小,并实现了108量级的转动圈数.由此证明MoS2基复合薄膜润滑球轴承适用于真空环境中.     

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%.      

圆锥滚子轴承润滑与动力学耦合研究

为准确分析圆锥滚子轴承润滑和动力学耦合性能,建立了基于油膜刚度与阻尼的圆锥滚子轴承动力学耦合方程,并对方程进行了验证和数值求解. 数值结果表明:与不考虑润滑相比,考虑润滑后轴承内圈轴向运动更加稳定,轴向位移变小;在不同的滚子端面球半径和挡边倾角下,润滑效应能够使内圈径向振动加速度级减小1.71到2.07 dB;同时滚子个数的增加会使轴承内圈滚道和内圈挡边的平均最小油膜厚度分别增加7.97%和4.43%.      

第四届全国气体润滑技术交流会召开

由中国机械工程学会摩擦学学会气体润滑专业委员会主持、航空航天部609所筹办的第四届全国气体润滑技术交流会于1988年11月28日～12月4日在湖北襄樊召开。会上交流了40余篇学术论文,主要内容有:气体静压轴承各种特性的理论分析和计算方法;各种形式的空气静压轴承的应用研究和研制,新型气体动压轴承,如悬臂型弹性薄片     

新型环面节流静压气体球轴承压力分布的实验研究

设计了新型环面节流闭式静压气体球轴承及其测试装置,特别是球窝上测压孔的分布位置,介绍了轴承加工工艺及其制造精度的检测结果,以及压力分布测试系统的工作原理,研究了气膜压力分布规律.结果表明,实验结果验证了理论分析方法的正确性.由于研磨工艺的限制使得试验球窝呈喇叭口状,造成球窝边缘的实测压力小于理论计算压力值.轴承的制造误差、模型误差以及计算误差是主要的误差来源,在开发新型结构静压气体球轴承的过程中,轴承的制造工艺以及零件的检测技术非常重要.     

谐波减速器柔性轴承混合润滑分析

以谐波减速器FB815型柔性球轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹流润滑理论,建立了柔性球轴承的混合润滑数学模型,并对滚珠和内圈滚道的接触区进行了摩擦学性能分析.通过研究承载区滚珠在额定工况下的油膜厚度、压力、膜厚比等润滑参数,得到了危险点分布位置,并研究了载荷、转速、温度等因素对危险点润滑性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,适当提高转速和降低温度能够有效减小疲劳点蚀,提高柔性轴承的可靠性和使用寿命.     

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.     

考虑滚道波纹度的推力球轴承油膜的测量与计算

使用能够模拟推力球轴承工作的光干涉油膜测量系统，在静态时基于Hertz接触理论测量得到了该轴承座圈滚道的波纹度变化，并测量了轴承工作一周的油膜变化情况.依据试验参数进行了钢球与玻璃盘接触以及钢球与座圈滚道接触的弹性流体动压润滑（EHL）数值分析.试验和理论分析均较好地验证了表面波纹度对润滑状态的影响，发现推力球轴承运动时油膜的变化和滚道的表面波纹度密切相关.     

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.     

局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解

运用数值方法分析局部多孔质节流气体静压轴向轴承的静态性能,分别建立局部多孔质圆柱塞内的压力分布方程和气体薄膜内的压力分布方程,利用坐标变换将局部多孔质圆柱塞的圆柱坐标与气体薄膜的圆柱坐标转换到同一笛卡儿坐标系,为有限元离散奠定基础.经过有限元推导,求得局部多孔质气体静压轴向轴承的承载能力与静态刚度,并对局部多孔质节流进行试验以验证理论模型的正确性.另外,对局部多孔质节流气体静压轴向轴承和小孔节流气体静压轴向轴承进行对比试验.结果表明:局部多孔质节流和小孔节流静压轴承的承载能力随着气膜厚度的减小而增加;静态刚度随着气膜厚度的增加先增加后减小;局部多孔质节流比小孔节流具有较高的承载能力和静态刚度.     

狭缝节流气体静压轴颈-止推轴承静态特性分析

在气体静压轴颈 -止推轴承的离散化过程中 ,采用有限元方法 ,利用加权余量法将其二阶偏微分方程降低一阶 ,使利用三角单元线性插值函数成为可能 ,简化了压力分布方程式的计算 ,给出了轴承的静态特性 ,分析了结构工艺尺寸、狭缝宽度和轴承间隙等因素对径向和轴向承载性能的影响 ,揭示了轴颈和止推轴承之间的相互影响规律 ,并且研究了轴承内部气膜压力分布的规律 .最后 ,通过实测值对计算结果进行了验证     

Effect of velocity-slip in externally pressurized porous thrust-bearing

In this paper, a theoretical investigation of the effect of slip velocity in externally pressurized porous thrust bearing has been made by using the boundary condition given by Beavers and Joseph. The expressions of bearing characteristics have been obtained in closed form. It has been noticed that the load-capacity and time of approach is greatly influenced by a new dimensionless parameter, called the “Bearing Number”, which gives the effect of the slip parameter.     

小孔节流气体静压润滑的离散化和计算收敛

通过在雷诺方程式中增加一流量项,以避免求解雷诺方程时,为满足流量条件而求解压力梯度所带来的噪声和误差,并将不同坐标系内的雷诺方程式变换成为相同形式,以简化数值计算;对加权余量法和变分求极值法这2种将微分方程离散化的方法进行了分析;探讨了小气膜时出现发散的原因并提出了应对措施。     

Actively compensated aerostatic thrust bearing: design,modelling and experimental validation

Active compensation is an effective method for increasing air bearing static and dynamic performance. This paper describes the design, modelling and experimental validation of an actively compensated externally pressurized gas bearing. The active compensation is obtained through the support compensation strategy. With this strategy, the system’s initial working position is restored by compensating for air gap variations through adjustments to the bearing vertical dimension. The described bearing consists in a conventional thrust bearing which is integrated with a multilayer piezoelectric actuator, a compliant mechanism and a digital controller. Nevertheless the non-linear nature of the air system, a simple linear model results to be an effective choice for neighbour of equilibrium conditions. Results demonstrate the good accuracy of the model and the system’s good capacity of rejecting external force disturbances.     

Oscillations of a gas bubble in a non-Newtonian liquid under the action of an acoustic field

The evolution of the radius of a spherical cavitation bubble in an incompressible non-Newtonian liquid under the action of an external acoustic field is investigated. Non-Newtonian liquids having relaxation properties and also pseudoplastic and dilatant liquids with powerlaw equation of state are studied. The equations for the oscillation of the gas bubble are derived, the stability of its radial oscillation and its spherical form are investigated, and formulas are given for the characteristic frequency of oscillations of the cavitation hollow in a relaxing liquid. The equations are integrated numerically. It is shown that in a relaxing non-Newtonian liquid the viscosity may lead to the instability of the radial oscillations and the spherical form of the bubble. The results obtained here are compared with the behavior of a gas bubble in a Newtonian liquid.     

Externally pressurized air journal bearing with multiple supply holes

A theoretical analysis is made to predict the load carrying capacity, flow requirement, and stiffness of an externally pressurized air lubricated journal bearing with several supply holes. The load, flow, and stiffness, expressed in dimensionless parameters, are presented for various bearing design parameters and eccentricity ratios. The design procedure of one such bearing either for maximum load capacity or for maximum stiffness is indicated.     

Pressure Distribution in a Curvilinear Thrust Bearing with One Porous Wall Lubricated by a Bingham Fluid

The influence of wall porosity on the pressure distribution of a Bingham fluid flowing in the clearance of a curvilinear thrust bearing is considered. The formulae expressing the pressure distribution are obtained for two cases, namely: an externally pressurized bearing and a squeeze film bearing. The example of a squeeze film between parallel disks is discussed in detail.     

A Method of Determining the Stability of a Spherical Gasdynamic Bearing Assembly in the Central Position of the Rotor

The stability of a spherical spiral-groove gasdynamic bearing assembly is investigated in the first approximation for small clearances in the central position of the rotor. The gas lubrication equations are discretized by the Bubnov-Galerkin method in order to calculate the stability factor of the bearing.