狭缝节流气体静压轴颈—止推轴承静脉特性分析

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。     

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.     

小孔节流空气静压止推轴承平面跨缝试验研究

在航空航天领域的微重力模拟中,空气静压止推轴承在完成平面跨缝试验过程中由于增加了1个时变的出口边界,支撑气膜内部的流场随出口边界位置的变化而发生变化,从而影响止推轴承的静态特性和微振动特性.为了明确跨缝过程中空气静压止推轴承宏观表现出的服役特性,本文中基于静压气体润滑理论,搭建空气轴承平面跨缝的试验台,针对中心供气和三孔均布的圆盘型小孔节流空气静压止推轴承开展试验研究,分析不同供气压力、浮起高度和跨缝位置下轴承的静态特性和微振动特性.研究表明：空气轴承平面跨缝时,相当于支撑气膜增加1个时变的出口边界,因而会出现泄气现象导致承载力减小;当供气孔正对支撑台面间的拼缝时,轴承的自激微振动幅值最小;空气静压轴承在平面跨缝过程中,在相同浮起高度下,随着供气压力增大,轴承的静承载能力和静刚度都有所提高;随着负载增大,过供气孔时的微振动幅值减小.     

单节流孔静压球面气体轴承动态特性的有限元分析

采用分布参数和小参数摄动方法简化动态雷诺润滑方程，推导了用于计算小孔节流方式的单节流孔静压球面气体轴承气膜动态特性的一系列计算公式，并通过动态压力分布方程的有限元求解得到了气膜的动态刚度、动态阻尼曲线以及轴承的稳定工作范围图谱，进而给出了静压气体轴承的稳定性判据．结果表明，小孔节流方式静压气体轴承的稳定性主要取决于节流气腔的容积、供气压力和承载质量．     

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.     

氦气－空气混合环境中微型螺旋槽止推气浮轴承的承载特性分析

针对氦气-空气混合气体环境,分析了不同氦气体积含量下混合气体的黏度和分子平均自由程,利用有限单元法求解雷诺方程二阶滑移修正模型,计算了微型螺旋槽气浮轴承的气压和气膜厚度,研究了氦气体积含量、螺旋槽深度和转速对气浮轴承承载能力的影响.分析结果表明:当螺旋槽深度由1μm增至10μm时,气浮轴承的气膜厚度先增加后减小,槽深为5μm时,气膜厚度最大,气浮轴承的承载能力最佳.此外,当槽深小于5μm时,混合气体的分子平均自由程对气膜厚度的影响较大;当槽深大于5μm时,混合气体黏度的影响起主导作用.     

涡轮膨胀机止推轴承－转子系统的振动分析

为了确保涡轮膨胀机止推轴承在受到瞬时冲击时不致发生损坏事故，研究了止推轴承－转子系统的轴向瞬态过程，计算了止推轴承的线性油膜刚度系数和阻尼系数，并对线性和非线性两种情况下的轴向瞬态响应作了分析与比较，为止推轴承；转子系统的可靠性评估提供了科学依据。     

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.     

叠片式气体箔片推力轴承热特性分析

叠片式气体箔片推力轴承具有制造工艺简单、散热能力强等优点,针对该新型轴承提出了相应的热特性分析模型,通过数值仿真分析得到轴承气膜及各元件的温度,并对关键影响参数进行了重点分析. 研究结果表明:由于气膜在半径较大位置处的线速度大,其剪切产热效果明显,温度越高,气膜的高温区分布在靠近周向末端和顶箔侧;气膜、顶箔和推力盘温度均会随推力盘转速和轴承载荷的增大而升高;向箔片结构中通入冷却气流可以获得良好的降温效果,轴承温度随着箔片内通入冷却气流量的增大,先迅速下降后趋于平缓.      

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.     

环面节流静压气体球轴承的相似准则

从静压气体润滑基本控制方程组的无量纲化着手,在详细分析静压气体轴承的耦合边界条件及非定常雷诺气体润滑方程特性的基础上,对Constantinescu给出的动压气体轴承相似准则进行补充,得到环面节流静压气体球轴承定常气体润滑膜及非定常气体润滑膜的相似准则.数值实验的结果表明:数值计算结果与相似理论分析结论完全一致;当其它参数不变时,不同球半径的2个球轴承的气膜流场相似;球半径改变对轴承动静态性能的影响可以利用相似理论进行分析.     

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.     

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。     

Optimum Gas Journal Bearing with Open Bearing Ends and Feeder Slot

The optimum design of the cylindrical outer contours of a gas journal bearing is obtained using the methods of the calculus of variations with allowance for the lubricant leakage through the bearing ends and the feeder slot when the lubricant mass in the working gap is conserved. The variational problem of designing the clearance shape giving the maximum bearing load capacity is formulated and solved. A modified Elrod-Burgdorfer condition for the pressure is used.     

带内环槽的螺旋槽干式气体端面密封的静压性能

针对现场使用的带内环槽的螺旋槽干式气体端面密封,建立了用于预测其端面气膜压力的等温可压缩流二维雷诺方程,在只考虑静压效应的条件下应用有限元法计算了端面开启力、泄漏率、气膜刚度和刚漏比等密封性能参数,并与典型螺旋槽干式气体端面密封（S-DGS）进行了比较.结果表明：与S-DGS相比,前者具有更好的稳定性、润滑性能和开启特性.以获得最大刚漏比为优化原则,综合考虑密封的稳定性、密封性和开启特性,获得了带内环槽S-DGS在静压作用下的端面规则微槽几何参数的优选值,研究结果对有关密封的设计与选用具有指导意义.     

承压热冲击下RPV承载力影响因素的数值分析

为研究承压热冲击下含缺陷的核反应堆压力容器(RPV)的极限承载力,借助ABAQUS软件建立含表面裂纹的RPV的3D有限元模型.通过热-力耦合分析,分别得到筒体区和喷嘴区的瞬态温度场和应力场.考虑到实际RPV断裂试验工作具有相当大的危险性,使用扩展有限元法(XFEM)对裂纹的扩展情况进行数值模拟.通过对含有不同位置和尺寸裂纹、具有不同壁厚容器的极限承载力分析,得到满足强度条件的各临界裂纹尺寸.结果表明,当表面裂纹距喷嘴口的距离达到一定程度,其长度对RPV结构的极限承载力不构成影响.在喷嘴区,随裂纹距喷嘴口距离的减小,临界裂纹尺寸迅速减小,喷嘴口上仅允许深长比较小的浅表面裂纹出现.     

Optimum Gas Journal Bearing with the Flexible Surface

The optimum shape of the cylindrical internal deformable (flexible) surface of a gas journal bearing of infinite length is designed. The variational problem of determining the clearance shape giving the maximum bearing load capacity is formulated and solved.