多沟槽水润滑橡胶合金轴承润滑特性研究

建立了考虑多沟槽润滑结构和实际工况边界条件的水润滑橡胶合金轴承弹流润滑数学模型,数值计算了有无沟槽以及沟槽半径对润滑性能的影响.计算结果表明：沟槽对水润滑橡胶合金轴承润滑性能影响显著,即在沟槽处膜厚较大,压力较低,而在承载区膜厚较小,压力较高,周向方向上压力分布不连续,并且在最小膜厚处轴向方向的入口和出口附近出现了两个压力峰值;水膜压力和最小膜厚均随沟槽半径的增大而减小;承载能力随偏心率增大而增大,随沟槽半径和过渡圆弧半径的增大而减小;摩擦系数随转速增大而略有增大,随沟槽半径的增大显著增加.     

水泵水润滑导轴承耐久性研究

水泵水润滑导轴承的耐久性主要取决于轴瓦材料的耐磨性.以常用的橡胶导轴承为例,分析了轴瓦磨损速率的影响因素及影响规律,建立了轴瓦磨损速率的计算公式.以某泵站为例,确定了导轴承橡胶轴瓦磨损速率各个影响因素的取值范围及概率密度函数,建立了基于可靠度的导轴承耐久性理论,计算了基于可靠度的水润滑橡胶导轴承的运行寿命.结果表明:水体含沙量对橡胶轴瓦磨损速率影响较大.橡胶导轴承采用清水润滑时,具有95%可靠度的运行寿命为4.2 a;而采用含沙量为0.15%的河水润滑时,具有95%可靠度的运行寿命仅为0.5 a.研究结果对合理确定水润滑导轴承的润滑介质和检修周期,提高其可靠耐久性具有重要意义.     

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.     

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      

ATP改性UHMWPE水润滑轴承材料的摩擦学特性研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承材料在低速重载工况下常发生严重磨损,通过添加改性填料能够显著提升其摩擦学性能. 凹凸棒土(ATP)作为一种改性填料能够增强基体材料的机械性能进而改善其摩擦特性,但是ATP作为填料往往会因为团聚效应而降低材料的补强效果. 通过对ATP进行表面改性处理可克服团聚效应,实现ATP与基体间的均匀共混. 通过表面化学包覆改性法制备由硅烷偶联剂KH570改性处理的ATP与UHMWPE共混制成复合材料,并与纯UHMWPE材料作对照试验. 利用RTEC摩擦试验机研究复合材料在水润滑条件下摩擦系数随载荷和转速的变化,以及材料填充含量对复合材料在低速重载(v=0.55 m/s、F_z=55 N)工况下磨损性能的影响. 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)与电子万能材料试验机分别对ATP改性效果、熔融结晶行为及复合材料的重要力学性能进行表征测试. 试验结束后,利用表面轮廓仪与激光共聚焦显微镜观察复合材料表面形貌并分析其磨损机理. 结果表明:硅烷偶联剂KH570对ATP的改性效果良好,填充改性ATP能提高材料的邵氏硬度,且材料的拉伸性能随填充含量的提高呈下降趋势;对比纯UHMWP材料,复合材料的摩擦系数更低,适量的ATP填充能改善材料磨损性能,减小体积磨损率;试验中改性ATP质量分数为1%的复合材料其摩擦学性能最优,在低速重载时的摩擦系数及体积磨损率与纯UHMWPE相比分别降低了52.45%和37.58%.      

船舶水润滑尾轴承当量半径等效计算及其摩擦学性能研究

水润滑尾轴承摩擦磨损性能是影响船舶工作性能的主要因素之一,合理预测水润滑尾轴承工作过程中的摩擦系数对其性能评估具有重要意义.目前对于水润滑尾轴承摩擦系数的理论计算公式已经存在.但由于销盘试验下无法有效获取当量半径,公式在销盘试验条件下的实用性不佳.对此在总结了边界润滑条件下,水润滑尾轴承摩擦机理的基础上,通过在CBZ-1销盘试验机上进行大量试验来进行当量半径等效参数计算公式的总结与摩擦系数经验公式的验证.研究结果表明:(a)在使用理论摩擦系数计算公式的前提下,当量半径等效参数公式拟合合理,具备较高准确性;(b)试验材料的理论摩擦系数与实际摩擦系数误差较小,为同类型试验摩擦性能研究提供了理论与试验基础;(c)水润滑尾轴承材料在工作过程中的摩擦力来源主要分为滞后摩擦力、犁沟摩擦力以及黏着摩擦力.当其处于边界润滑状态下时,滞后摩擦力为主要的摩擦力来源.该研究为水润滑尾轴承的等效当量半径在销盘试验条件下的应用提供了试验基础.     

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.      

考虑空化影响的水润滑橡胶合金轴承冲蚀磨损研究

用计算流体力学方法,数值模拟水润滑轴承空化-冲蚀交互作用时气液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、气含率分布),然后在水润滑轴承摩擦磨损装置上,进行试件磨损试验,并观察试件表面形貌.结果表明:考虑空化影响后,水润滑轴承整个流场压力分布更接近实际;数值模拟所得的流场压力、速度、气含率最大值,均出现在发生空化的位置附近,其余位置基本不变,说明交互磨损比单一磨损严重.观察试件表面磨痕,存在短程犁沟、空蚀针孔、麻点状气蚀坑和蚀坑,磨痕呈现规律性,磨痕与轴转速的方向基本一致.试验结果和数值计算吻合较好,证明了理论分析的正确与合理.上述仿真与试验初步探讨了水润滑轴承空化与冲蚀交互作用的磨损机理与影响因素.     

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。     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅱ．滚珠轴承的运行和润滑试验

混合式陶瓷轴承的性能优异，是一种应用前景十分广阔的新型高速轴承。但是，目前对其研究还不够充分，特别在这种轴承的润滑试验研究方面几乎还是个空白，因此，对混合式陶瓷轴承进行了运行和润滑试验，并且利用扫描电子显微镜对试验后的陶瓷球表面进行了观察。在同种润滑剂润滑下的温升对比试验表明，陶瓷球轴承的温升比钢球轴承的低，可见前者的高速运行性能比后者的好；在其它试验条件相同的情况下，利用２０＃机械油和含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油等６种润滑剂分别进行的润滑试验表明，润滑剂的粘度越大，陶瓷球轴承的温升越高；纯水对陶瓷球轴承的润滑性能良好，利用其润滑时的轴承温升很低。这种结果除与水的粘度非常低有关以外，还同Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与水发生的摩擦化学反应有关。扫描电子显微镜观察发现，在含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油润滑下，试验后的个别陶瓷球表面有相当深的麻坑出现，这是陶瓷球毛坯内部气孔等缺陷经过金刚石微粉“抛光”作用而显露出来的结果。     

仿生微胶囊复合水润滑轴承材料的摩擦性能研究

水润滑尾轴承在低速重载的工况下常出现严重磨损的情况.为降低润滑不良造成的尾轴承磨损,本文中通过观察铁犁木表面结构,分析其自润滑机理,设计出仿生微胶囊复合水润滑轴承材料.复合材料以高密度聚乙烯为基底材料,含基础油的仿生微胶囊为添加剂,采用共混的方式加工成型.使用CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机研究了仿生微胶囊复合材料在不同试验工况下的摩擦性能.通过分析复合材料的磨损量和表面形貌参数,得出复合材料的磨损机理.结果表明:试验工况条件下,仿生微胶囊复合材料能够提升材料的摩擦学性能,其中当仿生微胶囊质量分数为3%时提升效果最明显.该研究为仿生水润滑材料的结构设计以及性能提升等提供试验依据.     

以超声振动原理模拟滑动轴承的气蚀磨损

采用超声振动原理建立了滑动轴承气蚀磨损模拟试验装置,并用该试验装置研究了滑动轴承气蚀磨损现象,通过分析比较大量实验研究结果,发现了一些新的气蚀现象,并对滑动轴承气蚀机理进行了分析。     

两种滑动轴承油膜压力计算方法的比较

对常用的两种计算滑动轴承油膜力的方法进行了比较。一种是在迭代求解雷诺方程过程中,如果出现角压力,则用零压力来替代的方法;另一种是根据质量守恒理论（ＪＦ０理论）,由Ｅｌｒｏｄ等人提出的空穴算法。指出用负压力充零的方法代替Ｅｌｒｏｌｄ空穴算法,误差不大,但却可以克服Ｅｌｒｏｄ空穴算法不稳定和振荡的缺点,大大节约计算时间。     

滑动轴承油膜力Jacobi矩阵的一种快速算法

基于变分不等方程理论,把滑动轴承油膜力及其Jacobi矩阵的求解转换为求解一组三对角矩阵代数方程,采用一种修正的追赶法同步快速求解。同时将系数矩阵分解为轴颈运动相关量和常矩阵乘积叠加的形式,常矩阵一次求得反复调用,大大减少冗余运算。算例表明,采用本文算法,结果精度得到保证,运算时间大幅减少,能很好地揭示滑动轴承-转子系统的非线性动力特性。     

径向轴承启动过程瞬态热效应的研究

联立求解广义雷诺方程、油膜瞬态三维能量方程、轴瓦瞬态三维固体热传导方程及轴颈的运动方程，并考虑粘度和密度随温度及压力的变化，在油膜与轴瓦界面使用热流连续性边界条件，确定了在承受稳态载荷时圆轴承在启动过程中的温度变化情况．介绍了一种有效的用于求解轴承瞬态性能的改进Newton—Raphson算法．结果表明：整个系统达到热平衡的时间与启动加速度的大小无关；启动加速度越高，温度升高越快；在启动过程中，油膜最高温度出现的位置沿膜厚方向而变化．同有关试验结果的对比证实所建模型和所用算法正确可行．     

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.     

采用混合边界温度的滑动轴承热动力润滑计算

根据流量连续和能量守恒原理，在滑动轴承热动力润滑计算中采用了一种确定混合边界温度的简单方法。与通常的平均边界温度方法相比，采用该混合边界温度使得轴承油膜温度提高，同时对轴承静特性系数、动特性系数，以及系统稳定性均构成不同程度的影响。最后的实验验证了该方法的可行性。     

微载荷含油轴承摩擦性能研究Ⅰ.摩擦试验机设计

研制了1种针对径向轴承的微载荷摩擦试验机,介绍了其工作原理及结构,即利用外加载荷抵消浮动测试架重量以施加微小载荷,并利用激光位置传感器(PSD传感器)实现无接触位移测量;同时测量了摩擦副的转动角度并计算出摩擦系数;采用摩擦转角测量法和外加力矩平衡摩擦法测量微载荷下的摩擦性能,以测量时间末端位置作为位置基准,通过极限偏载平衡进行载荷标定.结果表明:微载荷摩擦试验机可应用于径向轴承在微小载荷下的摩擦力测量;可以通过在较大范围内设置结构参数来研究径向轴承的摩擦特性;并可利用数据采集技术研究速度和载荷连续变化条件下的摩擦性能.     

非牛顿流体有限长粗糙轴承分析

本文采用H.Christense力提出的随机粗糙模型,推导了幂律型流体纵向粗糙型和横向粗糙型润滑雷诺方程和相应的承载力、流量系数和摩擦系数的计算公式.对有限长动载径向轴承纵向粗糙型雷诺方程,用差分方法进行数值求解,得到了粗糙度和幂律指数对轴承的压力分布、承载力、流量系数和摩擦系数影响曲线,并有表面粗糙度和润滑油的非牛顿特性独立地影响轴承油膜力学特性的结论.