航空燃油齿轮泵滑动轴承非线性瞬态性能数值分析

为研究航空燃油齿轮泵滑动轴承在复杂交变载荷扰动下的瞬态润滑行为,建立了燃油齿轮泵滑动轴承的瞬态计算模型。该模型考虑了滑动轴承油膜空化边界的质量守恒和其所处非线性动态承载环境的影响。在此基础上使用批处理技术实现了燃油齿轮泵和滑动轴承的联合仿真计算,在滑动轴承的瞬态润滑计算过程中计入了燃油泵瞬态内流场和其动态载荷的耦合作用。以此进行了恒定载荷和动态载荷工况下的轴心轨迹稳定性分析以及轴承瞬态润滑性能分析研究。研究结果表明：滑动轴承计算模型的计算结果与实验数据较为吻合,误差保持1.2%以内;燃油齿轮泵的动态载荷对轴心轨迹的影响体现在轨迹启动段偏移的增大以及静平衡位置的消失;通过不同关键参数的对比研究发现：合理的增大宽径比或减小间隙比可以获得更为理想的轴心轨迹静平衡位置,但对于轴承转子运动的稳定性,间隙比由0.2%增至0.6%时,未稳定阶段轴心位置的变化趋势由双峰变为单峰,速度稳定段曲线的波动幅值先增大后趋于不变;当宽径比由0.6增至1.2时,全周期内速度响应曲线的偏移降低,轴心运行的稳定性提高;在轴承瞬态润滑特性中对于轴承载荷变化泄露流量具有的敏感性较强而最小油膜厚度的敏感性较差。     

基于两相流理论滑动轴承动力特性求解

将计算流体动力学(CFD)两相流与动网格技术应用于滑动轴承动力特性数值求解,建立了基于CFD两相流滑动轴承动力特性求解模型,该模型无需设定油膜破裂边界条件且更能准确模拟滑动轴承流场特性.比较了单相流与两相流滑动轴承压力分布特性,计算分析了滑动轴承气穴分布特征及其影响因素,研究了两相流模型对滑动轴承动力特性的影响.计算结果表明:气化比例随着转速、偏心率和气化压力的增加而迅速增大,随进口压力的增加而缓慢减小.考虑两相流后,直接刚度系数增加,交叉刚度系数减小,直接与交叉阻尼系数均减小.随着偏心率的增加,单相流与两相流动力特性系数求解结果偏差增大.      

浮环挤压油膜阻尼器对模拟低压转子突加不平衡响应影响分析

为了研究浮环挤压油膜阻尼器对涡轴发动机模拟低压转子突加不平衡响应的影响,建立了考虑多种耦合的带浮环挤压油膜阻尼器模拟低压转子的动力学模型,推导其运动方程并采用数值方法进行了求解,分析了系统响应随浮环与轴承质量比值、支承刚度和油膜间隙等设计参数的变化.研究表明:相比传统挤压油膜阻尼器,浮环挤压油膜阻尼器更好地抑制了转子系统加速过临界时的瞬态响应以及稳速和升速过程中的突加不平衡响应;增大浮环与轴承质量比值、减小弹性支承刚度和挤压油膜间隙,能够更好地抑制突加不平衡响应的瞬态振幅和瞬态过程;转子系统由于油膜非线性引起的双稳态大振幅区会随浮环与轴承质量比值的增大而减小,而随挤压油膜间隙值的减小而增大.      

非晶态薄带冷却铜辊用内反馈静压轴承数值模拟

由于内反馈式静压轴承具有高回转精度、大承载能力和高油膜刚度等特性,固将其引入到非晶态薄带冷却铜辊支承结构中。为了获取冷却铜辊用内反馈静压轴承的承载能力特性,利用流体力学软件建立不同偏心距下的内反馈式静压轴承油膜模型,研究不同进油压力下随偏心距变化时轴承油膜压力场分布情况并计算出其承载能力。结果表明：在同等进油压力下,油膜承载能力随偏心距的增大而增大;在同等偏心距下,油膜承载能力随进油压力的增大而增大。最终通过与工作现场实验数据比对分析,当进油压力分别为3.0 MPa和3.5 MPa时,数值模拟载荷值与实际载荷值的相对误差分别为5.3%和5.4%,证明了数值模拟结果的可靠性。     

薄壁交叉圆柱滚子轴承最佳径向工作游隙

以型号为RA8008UUCC0对数修形的薄壁交叉圆柱滚子轴承为分析对象,借助RomaxDesigner软件对比分析在联合载荷作用下径向工作游隙对承载滚子数、滚子最大载荷、滚道应力分布、轴承刚度、最小油膜厚度和疲劳寿命的影响情况,得出径向工作游隙是影响轴承力学性能的关键因素,结果表明:轴承受载滚子数随游隙的减小而增多,滚子与滚道接触应力分布趋于均匀化,相同条件下,倾覆力矩的影响比较显著。联合载荷作用下,随着工作游隙的减小,轴承刚度增大。当径向工作游隙小于-0.002mm时,随着径向工作游隙绝对值的增大,滚子与滚道接触变形减小,接触应力增大,刚度增大,最小油膜厚度减小,轴承寿命降低。同一径向工作游隙下,倾覆力矩可以减小滚子与轴承内外圈之间的油膜厚度,从而显著降低轴承疲劳寿命,轴承最佳径向工作游隙范围为-0.004~0mm。     

基于整机振动响应模型的转子支承阻尼分析与试验

以某型航空发动机为例,建立了该发动机整机振动系统模型,对影响整机振动响应的不同结构挤压油膜阻尼器(SFD）建模方法进行重点分析,并通过多位置-多传感器稳定工况振动响应试验验证了模型的准确性。利用整机振动系统模型计算及对该型发动机的滑油中断试验,讨论了燃气发生器前支点（No.1支点）与自由涡轮后支点（No.3支点）处挤压油膜阻尼值对发动机稳定工况振动响应的影响,得出了该发动机整机振动响应随No.1支点油膜阻尼值增大而先减小后增大,随No.3支点油膜阻尼值增大而减小,并且可以通过适当减小No.1支点处挤压油膜阻尼值,实现发动机在最大连续工况下整机振动总量减小43.4%。      

静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性影响实验研究

为研究静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响,设计了可单独改变油膜间隙的柔性转子系统,针对不同静偏心条件下,阻尼器减振性能,转子的抗振性能和非线性振动特征进行了实验研究。结果表明:静偏心会导致转子系统临界转速增大;静偏心比εs小于0.6,转子临界峰值随静偏心比增大而减小,εs在0.6~1.0范围内增大时临界峰值随静偏心比增大而大幅增大;εs增大时阻尼器失效不平衡量大幅减小,转子不平衡裕度和抗振性能大幅下降,将εs控制在0.2以内时,静偏心不会恶化阻尼器的阻尼效果;静偏心比(εs0.2)较小时,阻尼器失效表现为典型双稳态跳跃,静偏心比(εs0.3)较大条件下,阻尼器失效时可能表现出软弹簧非线性振动与非协调振动;根据阻尼器失效转子振动特征可判断阻尼器静偏心水平。     

高载下不同试样尺度复合材料的动态黏弹性

 采用EPLEXOR500高载动态热机械分析仪(DMTA)在三点弯曲方式下考察了静态载荷和动态载荷对不同试样尺度T300/环氧648复合材料储能模量和损耗角正切的影响。结果表明，复合材料储能模量随动载增大而降低，随静载增大而升高，损耗角正切则随载荷增大而减小。减小试样跨距，增大厚度或宽度则会强化这一影响，尤其是对于储能模量。这一结果是由于试样内各种静态应力对其动态应变均存在“抑制作用”。这种作用再加上附加剪应变的影响导致试样尺寸对黏弹性影响规律存在一个过渡区，当静载/动载载荷比低于该过渡区时，储能模量随跨距的增大、厚度或宽度的减小而升高，高于此过渡区时储能模量变化规律完全相反。     

俯冲拉起飞行条件下航空发动机整机动力学特性分析

以某航空发动机带机匣双转子试验器为参考,分别采用截锥壳元素法和Timoshenko梁理论对其机匣和双转子系统进行了有限元建模,得到了试验器的整机转子动力学有限元模型。研究了俯冲拉起飞行条件下机匣支承刚度、安装节支承刚度与机动载荷对双转子航空发动机整机动力学特性的影响。研究结果表明:机匣支承刚度与机动载荷对发动机产生转静子径向碰摩的影响较大,而安装节支承刚度对发动机产生转静子径向碰摩的影响相对较小;机匣测点振动随机匣支承刚度的减小而减小,随安装节支承刚度的减小而增大;机匣测点振动对俯冲拉起机动载荷变化不敏感。     

航空发动机高压转子前轴承刚度特性分析

为了得到航空发动机高压转子前轴承刚度随发动机工作状态的变化规律,建立了该轴承的刚度分析模型,引入了轴承内、外环配合参数、离心效应、热效应以及联合载荷对轴承刚度特性的影响,数值分析了该轴承的刚度随轴承内、外环配合参数、转速、轴承工作温度及外载荷的变化规律。结果表明,轴承的径向刚度、轴向刚度和角刚度,随轴承内、外环过盈配合量增大而增大,随转速、工作温度和弯矩的增大而减小;径向力增大,轴承的径向刚度增大,轴向刚度和角刚度减小;轴向力增大,轴承的径向刚度减小,轴向刚度和角刚度增大;轴向载荷对该轴承的刚度影响最大。     

Thermoelastohydrodynamic analysis of misaligned bearings with texture on journal surface under high-speed and heavy-load conditions

Hydrodynamic journal bearings are used to support the planetary gears in the transmission system of a Geared Turbo Fan engine, and they operate under severe working conditions, such as misalignment, high speed, and heavy load. Surface texture is regarded as an effective approach to improve mechanical properties under severe working conditions. However, the effects of surface texture on misaligned journal bearings under severe conditions have not been well studied. Therefore, a thermoelastohydrodynamic(TEHD) lubricating model with a textured and misaligned journal is presented in this study. Solid deformation, heat transfer between oil and the bearing, and heat convection between air and the bearing are considered in the model. The effects of cavitation and viscosity-temperature are also taken into account. The impacts of surface texture parameters and the misalignment angle on lubricating properties are investigated in the model. Results indicate that the bearing lubricating performance is greatly improved by optimal surface texture considering journal misalignment. The maximum oil film pressure and load-carrying capacity of a journal bearing increase with journal misalignment. Meanwhile, the oil film temperature increases sharply while considering misalignment.     

油润滑弹性支撑多叶箔片轴承静态特性

以提高箔片轴承承载力为目的,提出了一种带有弹性支撑结构的多叶箔片轴承.基于柔度矩阵理论计算了箔片变形量,并与有限元分析软件的仿真结果进行了对比,以验证其准确性;建立了油膜厚度与箔片变形量关系的表达式,仿真研究了该箔片轴承的静态特性,并与无支撑结构的多叶箔片轴承进行对比分析;建立了油润滑箔片轴承静态特性实验台,实验测量油润滑弹性支撑多叶箔片轴承的承载力.结果表明:弹性支撑多叶箔片轴承的承载力大于没有支撑结构的轴承,在30000r/min时承载力提高达109%;轴承转速越高,承载力增加越明显.实验得到的承载力与理论计算值相差2.7%,吻合较好.      

Impact of the thermal effect on the load-carrying capacity of a slipper pair for an aviation axial-piston pump

A thermal hydraulic model based on the lumped parameter method is presented to analyze the load-carrying capacity of a slipper pair in an aviation axial-piston pump under specified operating conditions. Both theoretical and experimental results are presented to demonstrate the validity of the thermal hydraulic model. The results illustrate that the squeezing force and thermal wedge bearing force are the main factors that affect the film thickness and load-carrying capacity. At high oil temperature and high load pressure, the film thickness decreases with increasing clamping force due to a combined action of the squeezing bearing force and the thermal wedge bearing force, but the load-carrying capacity will increase. An increase of the film thickness is proven to be beneficial under high shaft rotational speed but especially dangerous as it strongly increases the ripple amplitude of the film thickness, which leads to decreasing the load-carrying capacity. The structural parameters of the slipper can be optimized to achieve desired performance, such as the slipper radius ratio and orifice length diameter ratio. To satisfy the requirement of the load-carrying capacity, the slipper radius ratio should be selected from 1.4 to 1.8, and the orifice length diameter ratio should be selected from 4 to 5.     

箔片结构库伦摩擦效应对径向箔片轴承特性的影响

基于有限元法建立波箔型气体径向轴承箔片结构的库伦摩擦模型,通过改变平箔片与波纹箔片之间以及波纹箔片与轴承座之间的摩擦因数,对比分析了在各种载荷分布条件下波纹箔片库伦摩擦模型与文献中线性弹簧模型的刚度特性,研究了库伦摩擦效应对波纹箔片刚度特性的影响规律.在此基础上,运用有限单元法和有限差分法求解雷诺方程和气膜厚度方程,研究了在两个工作转速下气体波箔片轴承中截面处最小气膜厚度随轴承承载力的变化规律以及承载力随偏心率的变化规律.通过数值仿真对该模型、文献中线性弹簧模型和刚性表面气体轴承进行对比分析,并把气膜厚度分布与文献结果进行了对比.结果表明:箔片的库伦摩擦力在一定程度上增大了波纹箔片的刚度,并且随着摩擦因数的增大其刚度以及两端固定的波纹箔片个数也增加,使得箔片轴承表面变“刚”,因此轴承静特性更趋于刚性表面轴承,此外当轴承承载力一定时,箔片摩擦因数越大轴承的最小气膜厚度越小.      

航空发动机弧齿锥齿轮的润滑状态研究

利用空间点接触齿面啮合理论的矢量法,推导啮合点位置、接触点曲率半径和齿面上接触点的运动速度及其方向。以轮齿加载接触分析（LTCA）方法确定各瞬时单齿承载百分比。计算两齿面间的油膜厚度和膜厚比,作为润滑状态的理论判据。同时以扫描电镜观测分析300小时台架试验后的齿面形貌,结合理论判据,确定典型工况下的弧齿锥齿轮齿面润滑状态。      

高转速下轴承腔内壁油膜流动建模

结合国外已有试验工作,提出描述轴承腔壁面油膜运动的分析模型,并进行若干工况条件的影响分析.研究结果表明,轴承腔中油膜流动具有累积特点,表现出在排出口之间油膜厚度逐渐增大;旋转件转速的增加减小了壁面油膜厚度,但却提高了油膜平均速度;随着入口滑油流量的增加,壁面油膜厚度和平均速度都随之增加.理论分析及其与试验工作的比较都表明,提出的基于试验研究预测轴承腔中油膜运动物理状态的方法,对于在有限试验条件下研究轴承腔中壁面油膜运动机理、继而开展轴承腔内传热分析和润滑分析,是有价值的技术途径.      

星型风扇驱动齿轮箱概念设计探讨

风扇驱动齿轮箱在齿轮传动涡扇发动机中发挥重要作用,为了支撑我国宽体客机发动机总体方案论证,进一步开展齿轮传动涡扇发动机的研制工作,以五路分流人字齿星型风扇驱动齿轮箱为研究对象开展概念设计。所设计的齿轮箱的主要结构特征为:太阳轮为浮动构件,通过花键传扭;行星轮采用齿轮/轴承一体化设计并选用调心滚子轴承;齿圈采用柔性支承,通过摩擦传扭。基于概念设计,本文总结并分析了后续研制过程中可能遇到的技术难点,包括传动效率、均载机构、支承与连接结构、齿面修形及系统动力学五个方面,为进一步开展风扇驱动齿轮箱的研制工作指出方向。     

动力传输齿轮表面闪温的部分弹流热分析

采用部分热弹性流体动力润滑理论对非修缘直齿轮的表面闪温进行了研究。通过数值计算过程,分析了齿轮在一个啮合循环中,表面粗糙纹理、表面粗糙度等形貌参数及工况参数对轮齿表面和油膜内闪温的影响规律。本文的研究方法对齿轮胶合机理和提高齿轮胶合承载能力的研究都是有意义的。     

支撑刚度对行星传动系统动态均载特性的影响

考虑了行星架微位移、时变啮合刚度、旋转阻尼和构件自重,建立了行星传动系统动力学微分方程.利用多领域工程系统建模、分析与优化语言Modelica进行求解,分析了各主要构件支撑刚度对行星传动系统均载特性的影响.研究结果表明:刚性支撑条件下,较小的系统误差都将引起行星轮间载荷分配严重不均匀.一个或者多个构件的支撑刚度小于107N/m时系统能获得较好的均载效果.在构件支撑刚度敏感区间,随着该构件支撑刚度的增大,系统均载性能将迅速恶化.多个构件支撑刚度减小时,系统的均载效果比单个构件支撑刚度减小要好.改变其中某个行星轮的支撑刚度会使载荷在行星轮间重新分配,降低某个行星轮的支撑刚度,其分配的载荷减小.