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      

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.     

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。     

固液润湿性对流体动压润滑薄膜的影响

利用自行开发的微型面接触润滑油膜测量系统,研究了固液润湿性对流体动压润滑油膜厚度的影响.试验中以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面形成润滑副.固液的润湿性通过接触角判定,不同材料的微滑块平面和润滑液体形成不同的界面.在保持载荷和面接触楔形角不变的条件下对油膜厚度-速度关系进行了测量.结果表明:对于固液润湿性强的界面,形成的油膜厚度与经典润滑理论有较好的一致性;当固液润湿性明显降低时,测量得到的油膜厚度减小.对于试验中观察到的界面效应,应用界面滑移理论进行了初步分析.     

非稳态非线性油膜力作用下柔性轴裂纹转子的动力特性分析

分析了在动载轴承非稳态非线性油膜力作用下,具有横向裂纹柔性轴Jeffcott转子在非线性涡动影响下的动力特性.通过数值计算表明,在油膜失稳转速前,随着裂纹轴刚度变化比的增大,系统在低转速区域内具有丰富的非线性动力行为,出现倍周期分叉及混沌现象,涡动振幅随转速升高而减小,直到非稳态非线性油膜失稳.在无裂纹转子油膜临界失稳点处发现了类Hopf分叉现象,系统运动由平衡变为拟周期运动;裂纹转子在油膜临界失稳时的系统运动亦为拟周期运动.裂纹转子轴刚度变化对油膜失稳点及油膜失稳之后转子的运动影响不大,转子系统作拟周期运动.     

表面凹槽对流体动压润滑油膜厚度的影响

利用自行研发的面接触光干涉油膜厚度测量系统,对表面凹槽滑块的流体动压润滑油膜厚度进行了试验测量,试验中以静止的微型凹槽滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面构成润滑副,且两润滑平面始终保持平行;在固定的载荷(速度)条件下,对油膜厚度-速度(载荷)曲线进行测量.结果表明：凹槽的宽度,深度,方向和位置等因素对油膜厚度有着重要影响.同时采用经典Reynolds方程对油膜厚度进行了理论计算,结果表明理论值在某些条件下并不能解释试验结果.     

含油轴承表面供油行为与自润滑机理分析

含油轴承是一类重要的减摩自润滑零件,轴承基体中油液的渗流特性对表面润滑性能有重要影响. 建立含油轴承孔隙渗流与表面油膜润滑的耦合力学模型,分析含油轴承系统中油液的渗流特性,探讨轴承表面油液的供油行为与自润滑机理. 结果表明:在含油轴承的收敛区内同时存在周向旋转流、径向伸缩流和法向渗析流,油液在各方向上的流动状况由该向流体压力梯度决定;受油膜压力影响,油液在接触区向多孔基体渗入,在接触区入口部位向多孔表面析出,由此构成了油液渗入和析出的闭环速度流线,增强摩擦界面间的泵吸效应. 油液在法向上的渗析速度随中心膜厚增加而减小,随转速升高而增大,渗析速度越大,对泵吸效应的增强作用越显著,接触区入口的油液也更易进入摩擦界面,保障含油轴承的良好自润滑效果. 研究结果对揭示含油轴承的供油自润滑机理具有重要意义.      

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.      

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.     

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.     

进口润滑条件对活塞环-缸套摩擦副润滑性能的影响

目前内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑分析中,活塞环与缸套之间的润滑状态一般假设为充分润滑或固定状况的贫油润滑,不是通过对实际润滑油膜形成情况的分析确定.本文中以一多缸四行程内燃机为研究对象,基于润滑油流量以及控制体体积变化方程,建立活塞环-缸套间润滑油的流动模型,进行了不同进口处润滑油膜供给量对活塞环-缸套摩擦副润滑特性的影响分析.结果表明:活塞环进口处的润滑条件对活塞环-缸套摩擦副的润滑性能有显著影响;进口处润滑油供给量增加,活塞环-缸套摩擦副的最小油膜厚度增加,最大油膜压力、微凸体作用力、摩擦力和功耗均相应减小;进口处供给油膜厚度较小的情况下,增加油膜供给厚度可以明显改善活塞环-缸套摩擦副的润滑性能.     

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.      

滚子摩擦副弹流润滑特性及其应用：Ⅱ.工程对数滚子的弹流数值解

通过等温富温工况下滚子摩擦副弹流数值解研究表明,工程对数滚子具有良好的润滑特性,轻载时呈现大椭圆比点接触的特征,最小油膜厚度出现在中部,轴向油膜形状和压力分布比较均匀。载荷增大端部出现闭合效应,油膜压力局部升高,形成的封油作用使中部油膜略微增厚,最小油膜厚度转移至端部,厚度减小;速度增加使闭合效应加剧。     

油-气润滑流动行为对点接触副摩擦特性的影响

油-气润滑技术已经广泛应用于常规零部件润滑设计中,通过合理制定润滑工艺方案,能有效减小接触副之间的摩擦,达到最佳润滑状态.选用45钢圆盘和GCr15球作为摩擦副材料,在MFT-3000摩擦磨损试验机上开展球-盘点接触副油-气润滑试验,同时结合油-气润滑流场数值模拟考察喷射方位、供油量和供气速度等不同润滑参数对点接触副摩擦特性的影响规律.结果表明:合理的喷射方位下点接触区域油相分布较为均匀,并有利于压缩气体将润滑油以微油滴形式喷射至摩擦副表面,润滑油滴与摩擦副表面发生碰撞、黏附和铺展等作用后形成油膜层,从而降低摩擦系数,提高润滑性能;供油量和供气速度对空间流场油相分布影响较为明显,在一定范围内,供油量的增加和适当的供气速度均能够改善油-气润滑效果.     

旋转薄圆盘的行波动力学特性分析

旋转圆盘是广泛应用于旋转机械装置中的基本结构元件,圆盘在高速旋转状态下会表现出与低速或非旋转状态下迥异的力学性能.本文对高速旋转薄圆盘横向振动的行波动力学特性进行了分析,建立了考虑离心力引起的薄膜内力影响下的动力学控制方程以及相应的边界条件.采用伽辽金法数值模拟了旋转圆盘前、后行波振动频率和动力屈曲失稳临界转速随着圆盘几何参数如半径比、厚度的变化规律,以及材料参数对于振动频率和临界转速的影响等.本文的数值计算可以同时给出圆盘旋转的前、后行波频率,并且结果与实验结果吻合良好.     

高压条件下界面滑移长度的定量测量

采用光干涉技术对高压条件下的界面滑移现象进行了试验研究.通过追踪冲击封油核心的运动位移,实现了对滑移长度的定量测量.结果表明:在纯滑条件下封油核心并不以卷吸速度运动,而是在盘纯滑时小于卷吸速度、球纯滑时大于卷吸速度,从而说明了滑移发生在玻璃盘表面.对封油核心的运动特征进行分析,得出了油膜界面滑移长度及剪应变率.试验分析表明滑移长度随油膜厚度、初始封油压力和润滑油黏度的增加而增加;随速度的增加而呈现减小趋势.     

微型滑块面接触润滑油膜测量系统

本文介绍了1种微型面接触润滑油膜厚度测量系统,在一定载荷下以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面形成流体动压润滑油膜,利用光干涉方法对润滑油膜的最小厚度值进行测量.微型滑块工作面为高反射率研抛平面,光学透明圆盘表面镀有析光薄膜,利用1种柔-刚性结构对微型滑块进行定位,可实现滑块平面对圆盘平面倾角的任意调节和动态保持.使用该测量系统还可以获得在不同的滑块倾角、速度和载荷下的面接触润滑油膜.并且测量结果与经典润滑理论有较好的一致性.     

线接触弹性流体动力润滑的供油条件分析

以油膜起始位置为参数,求出了等温线接触弹性流体动力润滑问题的完全数值解.通过流量分析,建立了有效供油膜厚与油膜起始位置之间的关系.结果表明,弹性流体动力润滑的供油方式可划分为过量供油、适量供油和乏油3种类型.在过量供油条件下大部分润滑油不能进入接触区,因而并不能改善润滑状态.在适量供油条件下所有润滑油均可通过接触区并能够获得最大的油膜厚度.在乏油条件下所有的润滑油也均可以通过接触区,而油膜厚度则完全由供油量确定.同时,数值结果也指出,只要运动表面存有数量级为1 μm厚的一层油液就足以满足适量供油条件而得到最佳的润滑效果.     

基于荧光法的滚动轴承内部润滑油层分布研究

润滑油在轴承内的分布及其变化规律对轴承的润滑性能有显著影响. 在本文中搭建了滚动轴承模拟试验台,基于激光诱导荧光方法实现了滚动轴承内钢球-外圈接触区附近润滑油分布的观察与测量,获得了润滑油供给油层分布的三维形貌图,研究了不同供油量和转速对轴承内部供给油层分布的影响规律. 试验结果表明充分润滑条件下相邻钢球-外圈接触区供给油池之间会形成相互连接的油带;在高速情况下,钢球-外圈接触区供给油层厚度受前一个接触区尾部空穴影响而减小;供油量的增加会增大表观油池,但并不意味着入口有效供油层的增加.      

凹坑表面活塞与缸套挤压润滑油的流固耦合数值模拟

在准油膜润滑条件下,采用Coupling Euler Lagrange(CEL)方法对凹坑表面活塞-缸套挤压润滑油过程进行了流固耦合数值模拟.润滑油动力学方程由Euler坐标系下的Navier-Stokes(N-S)方程来描述,活塞-缸套采用Lagrange坐标系下的线弹性力学方程来描述.罚函数约束方法将Lagrange结构的物理量传递给润滑油流体单元,实现流体和固体的直接耦合.仿真结果表明:CEL模型较好地追踪了挤压过程中润滑油的自由液面;凹坑表面裙部将润滑油挤压到贮油凹坑中,而光滑裙部只有挤压过程,无法贮存润滑油;随着润滑油的逐渐排出,接触应力逐渐增大,光滑裙部的接触应力增大尤为明显;凹坑中贮存的润滑油承载比稳定在0.3,该油膜具有一定的承载能力.数值模拟结果和试验数据的变化趋势吻合.