消息与动态

世界先进的高速气体轴承高速气体浮环轴承,主要用于手表、精密仪器等磨削和钻削加工.目前,在世界上,最先进的高速气体轴承的转速每分钟为20万转,线速每秒钟为20米.国内外专家把实现转速每分钟30万转和线速每秒钟30米,视为高速气体轴承研究     

螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性

考虑入口气流压力损失和出口阻塞效应,建立了微间隙端面高速气体润滑密封分析数学模型,对螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性进行研究.重点分析了不同密封间隙、密封压力和转速等工况条件下,入口压力损失和出口阻塞效应对开启力、泄漏率及气膜刚度等密封特性参数的影响规律.结果表明:高速气体阻塞效应使出口压力高于环境压力,压力损失使入口气膜压力下降,导致泄漏率和气膜刚度明显下降,并使开启力增加.随着密封压力和密封间隙的增加,阻塞效应增强,导致泄漏率和气膜刚度显著降低.密封压力10 MPa时,泄漏率降低可达20%,气膜刚度的下降可达30%以上.     

大画幅等待式转镜分幅相机研制及应用

采用共轴设计理论和控制离焦相结合的方法,研制了大画幅等待式转镜分幅相机,画幅尺寸达到了30mm18mm,动态目视分辨率35mm-1,总画幅数80,摄影频率1104~5105s-1。高速转镜部件采用光纤传感器系统实现转速信号的产生和传输,避免了高速直流电机对转速信号的干扰,确保了测速准确度。研制的相机在爆轰物理和冲击波物理实验研究中,得到了满意的结果。     

航空高速涡轮制冷机用气体轴承的研制

本文介绍了高参数航空涡轮制冷机用高速气体轴承研制中的部分工作。在论述工作环境条件苛刻的这类制冷机中用气体轴承替代滚动轴承的必要性、可行性和特殊性的基础上,叙述了研制这类气体轴承时在设计、选材、加工和调试等方面完成的多项特殊试验以及气体轴承改装产品的航空环境适应性试验和应用概况。     

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。     

内圈离心位移对高速角接触球轴承刚度的影响

以弹性力学理论、滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,计算了角接触球轴承内圈在离心力作用下的径向位移,给出了计及内圈离心位移影响时,高速角接触球轴承滚动体与内、外圈的接触刚度与轴承整体的径向刚度、轴向刚度、角刚度的计算方法和相应程序。对7012/CD轴承的计算结果表明,轴承内圈外径的离心位移随转速增加而增大,在高速条件下其值较大,不容忽视;轴承内圈离心位移对内圈接触刚度和轴承径向刚度影响较大,导致内圈接触刚度和轴承径向刚度相对增大;对外圈的接触刚度、轴承轴向刚度和角刚度的影响很小;随着转速的增加与内圈离心位移的增大,对轴承内圈接触刚度与轴承径向刚度的影响会更加明显。因此,为使高速角接触球轴承的刚度分析更加精确、更加接近实际,必须考虑内圈离心位移的影响。     

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.     

变转速工况下高速列车轴承转子系统特性分析

高速列车的发展使得其关键零部件——轴承的安全问题日益突出. 现有的轴承模型均是建立在匀速工况下, 不能描述系统在变转速工况下运动状态. 为了解决这个问题, 建立了一个变转速工况下高速列车轴箱轴承转子系统动力学模型, 模型通过角度迭代计算得到了滚动体在不均匀时间内转过的总角度, 进而确定了滚动体在任意时刻的空间位置. 在匀速工况和变转速工况下, 对具有外圈故障的轴承模型进行了实验对比, 验证了模型的有效性. 利用轴心轨迹定性分析了外圈故障、内圈故障和滚动体故障对系统稳定性的影响, 并通过实验验证了分析结果的可靠性. 利用二维不变矩作为特征指标定量分析了三类故障对系统稳定性的影响. 分析结果表明: 当轴承角加速度较小时, 外圈故障对系统稳定性影响最大; 当轴承角加速度较大时, 滚动体故障对系统稳定性影响最大, 但是影响程度随着故障尺寸的变大而逐渐减小. 同样地, 利用二维不变矩作为特征指标进行了系统的稳定性临界状态分析, 确定了在不同转速工况下和不同故障类型下临界状态对应的最大故障尺寸. 研究结果表明: 随着轴承内圈转速的上升, 不同故障类型对应的最大尺寸都会减小, 其中滚动体故障尺寸大都是最小的, 说明滚动体故障对系统稳定性影响最大.      

多自由度转子-轴承系统周期运动分岔及稳定性研究

建立考虑诸多因素的转子-轴承系统多自由度模型,将与Newmark结合的打靶法应用到多自由度转子-轴承系统的周期稳定性分析中。着重研究了转子-轴承系统失稳转速随系统偏心量、轴承间隙、润滑油动力粘度以及轴承长径比的变化规律,研究结果表明:提高系统偏心量、减小轴承间隙、增大润滑油动力粘度以及选择适当的轴承长径比均能提高转子-轴承系统的失稳转速;对于不同的参数值,系统表现出不同的分岔规律,系统发生半速涡动时表现为倍周期分岔或拟周期分岔,发生油膜振荡时则表现为拟周期分岔。     

滚动轴承-偏置转子系统动力特性数值分析与实验研究

应用有限元法建立偏置转子的计算模型,采用考虑轴承Hertzian接触力和内间隙等非线性因素的二自由度滚动轴承模型,建立了滚动轴承-偏置转子系统的非线性动力学模型.通过数值仿真和实验研究分析了转子系统的非线性动力特性.实验数据和有限元模型计算结果是一致的,证实了所建立滚动轴承-转子系统非线性模型的合理性.发现由于滚动轴承非线性因素的影响,当转速达到系统共振转速的两倍附近时,激起了系统亚谐共振.     

对导弹陀螺仪高速向心球轴承及向心推力球轴承摩擦系数的理论研究

以滚动轴承理论及摩擦学滚动原理为理论基础,以导弹陀螺仪高速球轴承(简称高速球轴承)为研究对象,本文引用国内外提供的资料及数据,经过系统研究及分析计算推导出一组可直接计算高速球轴承摩擦系数的计算公式。由本文导出公式所示解析关系可清晰地看出,高速球轴承摩擦系数不仅与轴承内外径、滚珠对内圈、(或外圈)的滑动摩擦系数、滚珠半径及数量有关,而且还与轴承转速和当量动载荷等参数密切相关。     

混合型球形气体轴承气动力设计计算

本文采用ＡＤＩ数值方法求解气浮陀螺仪表所用的混合型气体轴承的气膜方程，给出了任意供气压强、任意转速、任意几何尺寸和任意偏心下，轴承的压强分布、承载能力、气膜刚度、供气流量和阻尼力矩等气动参数，为气浮陀螺仪的设计提供依据。     

APS—RS型高速相机在气相爆轰实验中的应用研究

基于气相燃烧转爆轰机理研究,探索利用APX-RS型高速数字相机测量氢氧混合气体在电火花点火后的火焰和前驱冲击波的变化历程,获得火焰加速以及冲击波的产生与成长过程的高速摄影图像;计算了不同位置的前驱冲击波参数和气体状态参数;分析了燃烧转爆轰机制。结果表明：APX—RS型高速相机可以成功地拍摄气相燃烧转爆轰过程,并获得氢氧混合气体燃烧转爆轰为局部爆炸机制。     

基于连续模型和离散模型的微尺度三维凸台轴承的气体润滑分析

为了考察应用图案化盘片实现超高密度磁存储时磁头/磁盘界面气体润滑设计理论的有效性,本文设计了1种三维凸台轴承构型,分别使用直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）和气体分子薄膜润滑理论（MGL）方法进行了模拟计算,考察了相对滑动速度、轴承最小间隙、凸台高度和入射速度方向对气体轴承压力分布的影响.结果表明：对于三维凸台微尺度气体轴承,MGL方法的计算结果依然与DSMC方法的结果相差不大.存在凸台接触,轴承间隙为零的情况下,气体轴承仍然具有一定的承载能力,且压力分布形状随凸台高度的变化表现出与常规非接触式气体轴承不同的规律.     

加工误差对陀螺电机用动压气体轴承刚度的影响

为了进一步提高精密H型动压气体轴承的刚度性能,着重分析了轴承加工误差对轴承刚度的影响。首先,通过在轴承内部交界处引入压力和流量连续方程,建立可考虑径向、止推轴承相互作用的H型动压气体轴承模型;然后,采用有限单元法进行求解以得到轴承压力分布及刚度等特性;最后,在对模型和计算结果进行实验验证后,对不同加工误差下的轴承刚度进行了研究。分析结果显示,加工误差对轴承刚度影响由强到弱的顺序为轴承间隙、止推板平面度、径向轴承锥度、圆度和止推板垂直度误差,0.2μm的轴承间隙加工误差可使轴承刚度降低20%～25%,而垂直度误差对轴承刚度的影响不大。研究结果为H型动压气体轴承的结构设计和性能提高提供了有益的参考。     

悬臂止推箔片轴承三维流-固-热耦合数值分析

工作温度是影响轴承性能关键因素之一,为了深入分析轴承气膜温度变化对箔片轴承承载特性的影响,本文中建立了考虑冷却气实际流动特性的悬臂止推箔片轴承三维流-固-热耦合模型,研究了轴承间隙、转速以及冷却气流速变化时悬臂箔片轴承气膜压力场和温度场等的变化规律.研究结果表明：随着轴承间隙减小以及轴承转速增大,气膜表面温度逐渐升高,其中气膜高压区温度上升更快,气膜温度与轴承间隙呈现线性变化趋势,气膜温度与转速呈现非线性增长的趋势,相比于轴承间隙,轴承转速升高对润滑气膜温度场影响更大,气膜温度过高可能会造成轴承热失效,因此需要深入研究工作温度对轴承性能的影响;随着冷却气流速增大,轴承承载力和气膜温度逐渐减小.冷却气流速增大到一定程度时,降温效果不再发生明显变化.     

电磁轴承—转子系统的动态特性

本文提供了一个闭环控制电磁轴承-转子试验系统,在电磁力的控制作用下,重量为4公斤、直径为50毫米的转子完全悬浮于二个径向电磁轴承之中,转速可达3000转/分。本文还建立了此闭环控制系统的数学模型,通过数字仿真分析了其动态特性,探讨了控制器参数对转子运动的控制效果以及与电磁轴承动刚度之间的变化关系。     

具有可变均压槽的气体静压推力轴承性能研究

具有可变均压槽的气体静压推力轴承,是作者提出的一种新结构轴承.本文建立了这种新结构轴承的性能计算方法,用有限差分法耦合求解气体静压推力轴承的雷诺方程和弹性薄片的变形控制方程,得到轴承的各项性能参数,并通过试验加以对比验证,计算结果与试验具有较好的一致性.结果表明该新型气体静压推力轴承的设计方案能够提高轴承的刚度.     

支点变形对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响

本文中建立了水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,采用Hertz接触模型,以自定义可倾瓦推力轴承起动过程发生初始倾斜时刻转速—初始倾斜转速Uft为对象,分析了支点接触与磨损变形量、载荷大小对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响.初始倾斜转速Uft随着支点变形量增大而增大,随着载荷增大而增大.在给定可倾瓦推力轴承可接受初始倾斜转速最大值Uftc情况下,几何尺寸确定可倾瓦推力轴承载荷及支点变形均存在最大值.采用水润滑可倾瓦推力轴承性能试验台进行模型验证,结果表明:Uft测量值与数值分析结果吻合度较高,误差小于10%;采用加速度传感器及扭矩传感器联合方法可以比较准确地判断出轴承推力瓦发生倾斜时刻,从而确定可倾瓦推力轴承的Uft值.     

高速列车轴箱轴承健康监测与故障诊断研究综述

随着我国高速列车的发展, 针对其运营维护中的故障预测与健康管理问题日益受到关注. 轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件, 在复杂的轮轨相互作用下极易出现由疲劳、过载等原因导致的失效, 影响列车的行车效率和运行安全. 而现有诊断方法和技术难以满足高速列车动态化、系统化的安全保障需求, 亟待进一步发展轴箱轴承健康监测和诊断技术. 首先, 介绍了工程中维修检测、轨边监测和车载监测系统的主要内容和发展现状. 然后, 从动力学正、反问题两个方面, 分析和总结了在轴箱轴承的理论建模方法和轴箱轴承与列车耦合系统的动态特性分析、基于先进信号处理技术和机器学习技术的诊断方法等方面的研究思路和研究进展. 最后, 对轴箱轴承健康监测与故障诊断技术的发展趋势进行了展望, 评述了在指导列车故障预测与健康管理方面的不足.