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。     

箔片-电磁混合轴承的稳态承载特性及控制

箔片-电磁混合轴承(HFMB)是一种将气体箔片轴承和电磁轴承混合使用的新型轴承,有效解决了气体箔片轴承低速磨损大和电磁轴承承载力有限的不足,并且具备载荷可分配和支撑系统动力学性能可调节等优点.文中在分析两种轴承稳态承载特性的基础上详细讨论了混合轴承的稳态控制方法,给出了一种以电磁轴承实际承载力与预分配承载力差值最小为控制目标,通过等边三角形为基本单元对混合轴承工作区域进行划分的箔片-电磁混合轴承稳态工作位置搜索算法.最后建立了系统模型并进行了数值仿真,验证了稳态控制系统的可行性和有效性.     

轴向磁悬浮轴承的力学特性分析

介绍了五自由度电磁轴承系统中轴向磁悬浮轴承的各种可能受力情况,及其位移传感器的安装位置在分析上述情况时的作用;同时讨论了轴向磁悬浮轴承对径向轴承的影响,分析了一般情况下径向位移传感器的安装位置对轴向和径向轴承间静态和动态力耦合以及系统稳定性的影响。分析结果表明位移传感器的安装位置对电磁轴承系统的稳定性分析有着重要的影响,也是分析设计此类轴承必须考虑的因素之一。     

固体润滑在特殊工况滚动轴承上的应用

本文介绍了喷气式飞机发动机轴承、高温轴承、液体燃料火箭轴承、宇宙飞行器轴承及原子能反应堆驱动机构轴承用的固体润滑材料与润滑法。     

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.     

微尺度气体滑动轴承的Monte Carlo模拟与性能分析

改进了直接模拟Monte Carlo (DSMC)方法并模拟研究了轴承构型、滑动速度、壁温及环境压力对微气体滑动轴承内部压力分布及承载能力的影响.结果表明:轴承的几何构型和滑动速度对轴承的性能影响很大,对于相同长度的轴承,气体的峰值压力与轴承的承载能力随轴承出口尺寸的减小和滑动速度的增大而增大;当轴承的几何形状和滑动速度固定时,通道壁温和环境压力是影响轴承性能的重要因素,壁温越高,轴承的承载能力越强;环境压力不同,轴承性能亦有所不同.     

推力电磁轴承的电磁场分析

利用有限元法对推力电磁轴承的磁场分布进行了分析计算,并通过对某一实际电磁轴承的推力轴承磁场分布及漏磁的分析计算,得出了推力轴承和推力盘之间的气隙及推力轴承和转子之间的气隙之比的最佳设计值,所得结果可作为推力电磁轴承实际设计的准则     

轴电流作用下电机轴承润滑脂研究进展

发电机和电动机是最普遍使用的动力设备之一,电机轴承润滑脂是保证电机稳定、高效运转的关键,电机轴承在轴电流作用下润滑脂性能退化,会导致轴承失效. 作者在本文中介绍了电机轴承轴电流的产生和危害,同时对电机轴承润滑脂性能和作用进行了分析, 重点介绍了如何防止和抑制轴电流对轴承的损伤,并指出电机轴承润滑脂需要解决的问题和未来发展的趋势.      

高速列车轴承可靠性评估关键力学参量研究进展

轴承是高速列车牵引传动和轮轴系统的关键零部件.受列车运行过程中电机转矩、齿轮啮合以及轮轨随机激励的影响,轴承可能发生疲劳破坏,严重影响高速列车的行车安全.我国特有的复杂运用条件对轴承部件的疲劳性能提出了更高的要求,而轴承疲劳可靠性的基础理论和关键技术是我国轴承正向设计研发中的薄弱环节.可靠性评估方面的相关研究在解决轴承可靠性研究的瓶颈问题中起到了承上启下的关键作用.高速列车轴承可靠性评估手段与技术旨在获得使用环境中轴承可靠性评估的关键力学参量,并以此推动复杂激励下轴承疲劳可靠性理论研究.因此,需要哪些关键力学参量并且在复杂的实际使用环境下如何去获取这些力学参量是进行高速列车轴承可靠性评估的关键所在.本文首先概述了高速列车轴承所处的复杂使用环境及运用中的主要失效模式,并据此分析了高速列车轴承可靠性评估所需的关键力学参量,强调了轴承内部滚滑行为和载荷分布在可靠性评估和轴承状态监测中的重要作用,之后从计算模型和测试技术等方面系统阐述了针对这两个关键力学参量的研究进展.最后提出了在高速列车轴承可靠性评估关键力学参量特征及测试技术研究中值得关注的若干问题.     

圆形瓦推力轴承动特性研究

建立了圆形可倾瓦推力轴承动特性计算的数学模型,考虑瓦变形对轴承性能的影响,对中心支承条件下的圆瓦推力轴承的动特性数学模型进行了有限元求解,得出了圆瓦推力轴承的动特性系数值,同时讨论了弹簧支承时的弹簧刚度选取依据,所得结果可用于指导圆形瓦推力轴承的设计和应用。     

变深度螺旋槽止推轴承的边界元法计算

本文以分析变深度螺旋槽止推轴承为例介绍了边界元法在润滑力学研究领域中的应用,以及相应的边界条件的处理方法,同时还讨论了轴承的尺寸参数对其性能参数的影响。     

气浮动压轴承的静特性数值计算与实验研究

为了实现对气浮动压轴承的静特性能进行研究,文中提出并设计了一种圆锥型气浮动压轴承.在数学模型建立的基础上对其求解域进行了保角变换和斜坐标变换,运用局部积分有限差分对控制方程在斜坐标系下的差分式进行了推导,利用VB对控制方程的静特性进行了数值计算求解.结果表明:螺旋槽能很好实现气浮轴承动压效应,轴承的转速N对其动压效应影响比较大,转速N越高其动压效应越明显;轴承的螺旋角和槽深比对轴承的静特性的影响存在一个最佳参数,轴承的槽数和槽宽比增加到一定值后继续增大对轴承的承载力的影响不明显.实验结果与数值计算结果进行了比较,两者基本一致,为气浮动压轴承的研究与发展提供了一种新结构和新思路.     

基于阻抗法的矩形截面均压槽气浮支承静态性能分析

针对CFD仿真方法效率低下的状况,提出利用阻抗法来提升气浮支承承载性能的计算速度. 以矩形截面均压槽气浮支承为研究对象,研究了当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力变化对气浮支承承载性能的影响. 结果表明:与CFD仿真方法相比,阻抗法在保证计算结果精度的前提下可提高气浮支承承载力的计算速度. 当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力增大时,阻抗比会增加,气浮支承的承载力和刚度峰值对应的阻抗比也会增加. 当气膜厚度增加时,阻抗比会增加,但承载力会相应地减小. 本文作者通过阻抗法推导了气浮支承承载力简化计算公式,解决了气浮支承在均压槽方向上简化计算的难点,并为阻抗法在均压槽中的研究与应用提供了理论依据.      

似叠罗汉槽干气密封的结构优选与性能研究

针对现有干气密封在高速条件下所存在的泄漏率大、气膜刚度不足等问题,在干气密封螺旋槽结构的基础上,基于叠加组合思想提出一种似叠罗汉槽端面密封结构.基于气体润滑理论,建立了似叠罗汉槽端面的几何模型和数学模型,采用有限差分法求解二维稳态雷诺方程,获得了密封端面压力分布.以气膜刚度最大作为优化目标,对比分析了不同结构型式的优选叠加组合槽干气密封与普通螺旋槽干气密封的密封性能参数,数值分析了周向槽宽比、径向槽宽比和槽深比等结构参数对似叠罗汉槽干气密封性能的影响规律,获得了似叠罗汉槽主要结构参数的优选值范围.结果表明:在高速低压条件下,相较于普通螺旋槽干气密封,似叠罗汉槽干气密封在泄漏率基本不变的同时能显著提升气膜刚度,综合密封性能显著提升,且转速越高,压力越小,这种性能优势越明显.     

A structural shape optimization system using the two-dimensional boundary contour method

Summary The research recently conducted has demonstrated that the Boundary Contour Method (BCM) is very competitive with the Boundary Element Method (BEM) in linear elasticity Design Sensitivity Analysis (DSA). Design Sensitivity Coefficients (DSCs), required by numerical optimization methods, can be efficiently and accurately obtained by two different approaches using the two-dimensional (2-D) BCM as presented in Refs. [1] and [2]. These approaches originate from the Boundary Integral Equation (BIE). As discussed in [2], the DSCs given by both BIE-based DSA approaches are identical, and thus the users can choose either of them in their applications. In order to show the advantages of this class of DSA in structural shape optimization, an efficient system is developed in which the BCM as well as a BIE-based DSA approach are coupled with a mathematical programming algorithm to solve optimal shape design problems. Numerical examples are presented. Received 20 July 1998; accepted for publication 7 December 1998     

A boundary element method for calculating elastic waves scattered by axisymmetric inclusion

A Boundary Element Method (BEM) is described to compute the scattering of elastic waves by an axisymmetric inclusion in an infinite elastic medium. The boundary loads applied to the inclusion is expanded in terms of Fourier series in an infinite space. The boundary integral equation is solved in the general direction of the axisymmetric inclusion by BEM. The problem of the 3-D scattering of elastic waves is reduced to a 1-Done. According to the geometric features of the axisymmetric in clusion the ring shell elements are adopted in this method. A comparison is made with other BEM methods. The numerical results show this method can reduce the amount of calculation and enhance the speed of convergence. Supported by Foundation of Ph. D Program of State Education Commission of China     

三维Laplace方程边界元中线性单元的精确积分法

边界元中的边界积分计算影响计算精度和计算速度。非奇异积分一般采用数值积分，当配置点接近积分单元时，计算精度降低。未知函数线性插值得到的解是连续解，但计算难度增大。本文采用积分区域变换，将三维Laplace问题的二维积分化为一维积分，这样奇异积分和非奇异积分能采用精确积分的方法计算，使求解精度，计算速度都得到提高。     

液膜润滑机械端面密封流体动压沟槽侧壁效应研究

针对非接触机械密封端面开槽后所出现的膜厚不连续处存在的侧壁效应,在沟槽边界处将广义伯努利方程引入传统润滑方程,建立了考虑动压沟槽侧壁效应的液膜润滑螺旋槽端面机械密封数值分析模型. 采用有限单元法结合拉格朗日乘子法求解润滑方程,研究了不同螺旋槽几何参数和工况条件下沟槽侧壁效应对密封性能的影响. 结果表明:数值模型可方便捕捉沟槽边界处的压力跃变,侧壁效应在不同螺旋槽深度下表现出截然不同的影响规律,高转速、大螺旋角和小密封间隙下动压沟槽的侧壁效应较为显著. 理论模型和计算方法可为超高速工况螺旋槽机械密封的设计和局部惯性效应的研究提供指导.      

A new microstructure-dependent Saint–Venant torsion model based on a modified couple stress theory

In this paper a new modified couple stress model is developed for the Saint–Venant torsion problem of micro-bars of arbitrary cross-section. The proposed model is derived from a modified couple stress theory and has only one material length scale parameter. Using a variational procedure the governing differential equation and the associated boundary conditions are derived in terms of the warping function. This is a fourth order partial differential equation representing the analog of a Kirchhoff plate having the shape of the cross-section and subjected to a uniform tensile membrane force with mixed Neumann boundary conditions. Since the fundamental solution of the equation is known, the problem could be solved using the direct Boundary Element Method (BEM). In this investigation, however, the Analog Equation Method (AEM) solution is applied and the results are cross checked using the Method of Fundamental Solutions (MFS). Several micro-bars of various cross-sections are analyzed to illustrate the applicability of the developed model and to reveal the differences between the current model and an existing one which, however, contains two additional constants related to the microstructure. Moreover, useful conclusions are drawn from the micron-scale torsional response of micro-bars, giving thus a better insight in the gradient elasticity approach of the deformable bodies.     

中低速下干气密封型槽仿生改进研究

为解决干式气体端面密封在中低速或启动停车阶段密封性能不稳定的问题,在现有螺旋槽端面型槽结构的基础上借鉴仿生学设计方法提出了仿生多流通道螺旋槽干气密封端面结构.基于气体润滑理论模型,采用数值分析方法计算了气体端面气膜压力控制方程-雷诺方程,研究对比了普通螺旋槽和多流通道槽的端面压力分布.在改变操作参数和端面气膜厚度的条件下分析对比了普通螺旋槽和多流通道槽两种干气密封的开启力,泄漏率,刚度和刚漏比的变化规律,并研究了槽的通道数对密封性能的影响规律.结果表明:中低速下多流通道细长螺旋槽具有高的稳定性和好的密封性,汇流槽在增加密封稳定性的同时可降低泄漏率.