热泵压缩机氟利昂气体止推轴承静态特性研究

针对空间微重力条件下热泵压缩机润滑问题,提出了以氟利昂为润滑工质的气浮轴承,采用数值模拟的方法研究了R134a、R23、R22等不同氟利昂工质的止推气浮轴承的静承载力、静刚度、质量流量等特性。结果表明,使用相对分子质量大的润滑气体会减小轴承的承载力,但在气膜厚度较小时能获得较大的静刚度;在几何参数相同的条件下,气浮轴承的质量流量随着润滑气体相对分子质量的增大而增大。     

空间热泵压缩机的径向气浮轴承静态特性研究

针对应用于空间热泵系统的气浮轴承技术,将以氟利昂为润滑工质的径向气浮轴承作为研究对象,采用数值模拟的方法研究了几何条件(平均轴承间隙与节流孔直径)、工作状态(偏心率与进口压力)以及润滑工质(空气、R22、R134a)变化对径向气浮轴承的静承载力、质量流量等特性的影响。结果表明,节流孔直径确定时,径向气浮轴承的静承载力存在极大值,对应的最佳平均轴承间隙随节流孔直径以及润滑工质变化,最大静承载力也随之变化。进气压力确定时,静承载力随偏心率增大而增大,但是存在一个最佳的偏心率,使轴承静刚度最大。     

考虑粗糙效应的航空高速滚子轴承动态模拟

耦合高速滚动轴承动力学理论和部分弹性流体动力润滑（PEHL）理论,提出了考虑轴承元件表面粗糙效应的高速滚动轴承动态特性分析方法。分析结果表明,轴承元件表面粗糙度和表面粗糙纹理方向对高速轴承的动力学特性有较大的影响,提高轴承元件表面加工质量可以抑制高速轴承元件在运行中出现的动态不稳定性现象;实验工作不仅支持了本文的分析,而且支持了高速滚动轴承是在混合润滑状态下工作的结论。      

滚子轴承准静态计算分析

本文提出向心圆柱滚子轴承准静态分析方法。分析时考虑了非圆滚道、套圈和滚子相对倾斜、轴承座柔性变形等因素对轴承性能的影响,研究了非圆滚道轴承设计的计算方法和内外圈反转时轴承的特性,提出了内圈倾斜时滚子承载判断方法、分片计算了倾斜滚子的接触力;用柔性二维接触问题的变分法计算了滚子最大应力。润滑模型考虑了赫兹区和入口区滑油的热效应及缺油的影响。      

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.      

引入弹性箔片对动压轴承静动态特性影响数值研究

随着高速透平机械的快速发展，应用其中的动压轴承也在不断与时俱进。但刚性表面动压轴承和弹性箔片动压轴承的轴承特性对比尚不充分，所以本文系统性地比较了两种轴承的静动态特性并总结各自的优劣及其适用环境。基于中心差分法将可压缩Reynolds方程离散化后，分别与两种动压轴承的气膜厚度方程进行耦合迭代，求解获得静态特性结果。在静态特性的基础上，应用小扰动法求解各自的动态特性参数。将这两种动压轴承的静动态特性参数进行对比研究发现，刚性表面动压轴承的承载特性要优于弹性箔片动压轴承，但影响轴承稳定性的偏位角却不如后者；且刚性表面动压轴承的动态特性参数在大偏心、高转速的工况下均要优于弹性箔片动压轴承，但由于没有弹性箔片的保护，在启停过程中磨损较为严重。     

混合式动压气体轴承结构优化与可靠性分析

通过将径向、止推螺旋槽动压气体轴承相结合,建立了混合式动压气体轴承的润滑分析模型。阐述了其结构特点与润滑机理,建立轴承无量纲稳态Reynolds控制方程。提出混合式动压气膜压力耦合计算方法,推导气膜压力差分表达式,定义边界条件,构建气膜压力分布的数值计算方法。以最大径向承载力为目标优化结构参数。基于最优结构参数建立轴承气膜有限元模型,运用CFD分析轴承转子系统受不同冲击载荷时径向稳定性变化规律,研究混合式动压气体轴承动态特性与可靠性。搭建混合式动压气体轴承试验台,验证数值计算方法和有限元仿真分析的正确性。结果表明:提出的压力耦合计算方法可以准确地计算分析稳态气膜压力分布、承载力和承载性能,有限元仿真能更好地模拟动态流场变化,计算分析动态承载力、动态特性系数和稳定性。高转速下混合式气体轴承承载力、稳定性较好,对单向阶跃力、单向矩形力的抗冲击能力强,可靠性强。混合式动压气体轴承在优化承载性能与刚度的同时,应考虑抗冲击特性和稳定性以提高轴承的综合性能。      

厚顶箔的箔片动压轴承性能的数值研究

提出了一种具有厚顶箔特征的箔片动压轴承(TTF-GJFB),并对其进行了建模及分析。针对这种型轴承,采用Newton-Raphson迭代法求解静态气膜雷诺润滑方程和箔片受力方程;采用折合系数法和小扰动法,推导了厚顶箔轴承的动态刚度系数与动态阻尼系数。以此为基础,对厚顶箔轴承和传统箔片轴承进行了对比,并对初始轴承间隙、波箔宽度、顶箔质量对厚顶箔轴承动静态特性的影响进行了研究。结果表明:厚顶箔轴承比传统箔片轴承拥有较大的承载力及偏位角,承载力增幅至少为23%;厚顶箔轴承的动态特性与传统箔片轴承有较大差异;厚顶箔轴承的初始间隙会影响偏位角和承载力,小初始间隙在所有偏心率范围内可以提高承载力和减小偏位角;波箔宽度对轴承静态特性的影响较小,但对动态特性的影响较大,在中低激振比范围内,动态系数基本随着箔片宽度的变窄而变小;厚顶箔的质量会在高激振比下对轴承的动态特性产生影响,使得动态刚度系数上升,动态阻尼系数下降。     

基于拟动力学方法的反转圆柱滚子轴承动力学特性研究

反转圆柱滚子轴承的性能直接影响着航空发动机工作的稳定性与可靠性。为了研究反转圆柱滚子轴承动力学特性,基于弹性流体动力润滑和流体动压润滑等理论,采用拟动力学分析方法,建立了反转圆柱滚子轴承动力学计算模型。利用该计算模型对滚子打滑率进行了验证计算,随着径向载荷的增加,计算值由7%减小至2%,与实验值吻合较好。同时,对反转圆柱滚子轴承动力学进行计算分析,研究了动态运转中轴承的载荷和速度分布,以及不同工作状态对轴承打滑率的影响。研究表明,倒装时反转圆柱滚子轴承承载区滚子受载比顺装更均匀,但非承载区滚子及保持架打滑率比顺装更严重。     

斜面兜孔圆柱滚子轴承的高速防打滑特性

为解决航空发动机主轴圆柱滚子轴承的打滑问题,提出一种具有斜面兜孔结构的圆柱滚子轴承,并对其高速防打滑特性展开研究。利用Hertz接触理论及弹流润滑、流体动力润滑的经验公式,建立了滚子-内外套圈滚道、兜孔-滚子、保持架-外圈引导面的接触模型。运用多体运动学及牛顿-欧拉动力学理论,建立了轴承径向平面内的三自由度动力学模型,在此基础上,利用龙格库塔数值积分法进行了轴承的动力学数值仿真,探讨了兜孔前后壁倾角对轴承打滑的影响规律,分析了兜孔前壁倾角为5°、后壁倾角为10°下轴承的高速打滑特性,结果表明：兜孔的前后壁倾角对轴承打滑有显著影响,通过对其进行优化,可有效抑制轴承的高速打滑。     

极端工况静压推力轴承承载性能动压补偿

为了研究极端工况条件下静压推力轴承承载性能损失及动压补偿,提出一种新型油垫可倾式静压推力轴承结构,利用动压补偿静压承载力的不足,实现高速重载工况条件下静压推力轴承高精度稳定运行。依据润滑理论和摩擦学原理,采用动静压混合润滑方法,分析缝隙节流双矩形腔静压推力轴承由于剪切和挤压耦合作用承载性能损失值及影响权重。通过优化可倾式油垫底部结构参数及连接方式,控制油垫变形并产生相当量动压,以适应旋转工作台的变形,补偿静压承载力不足,并进行实验验证。结果表明:可倾式油垫底部支承长度为油垫长度,宽度为35mm,高度为1.5mm,与底座采用双销0.25mm间隙连接时动压效应较为明显,并且动压增量能够很好地补偿静压损失量,实验值与模拟值误差为5.2%,达到了增加极端工况静压推力轴承运行精度和稳定性的效果。     

高速电主轴热态特性的有限元分析

分析了高速电主轴中内装式电机的损耗发热和轴承的摩擦发热 ,研究了油 -水热交换冷却系统和油 -气润滑系统的散热特性 ,在此基础上建立了高速电主轴温度场的有限元分析模型 ,并用ANSYS有限元软件进行温度场的计算。最后提出了改进高速电主轴温度场分布的主要措施     

小孔节流气体静压球轴承动静压混合润滑承载性能分析

针对一种小孔节流多孔供气闭式结构的高速静压球轴承,采用有限元方法,分析了动静压混合润滑承载性能,得到气膜上的压力分布规律。在此基础上,求解并分析了转子旋转速度以及轴承设计气膜间隙、供气压力等对径向和轴向承载能力、刚度、润滑姿态角的影响规律,并比较了动静压混合润滑和纯静压润滑的不同。     

不同轴承壁面沟槽诱导油液穿透机理

以高速角接触球轴承为研究对象,在轴承外圈内壁开设沟槽,采用流体动力学对高速轴承壁面沟槽模型进行气液两相流数值模拟。利用VOF(volume of fluid)模型对轴承环间气液两相流界面进行动态捕捉,分析油液在沟槽诱导作用下的运动过程和分布特点,探究阻碍油液进入腔内的影响机理。分别研究了沟槽形状、深度、方向以及喷油参数等因素对高速轴承腔内和滚道润滑油体积分数的影响规律。研究结果表明:在高速轴承喷油润滑阶段,通过对沟槽形状、深度、方向的分析,得到圆弧形沟槽适用于高速轴承,沟槽深度为0.8 mm,沟槽方向为60°有利于油液进入轴承环间,腔内有效润滑油和外滚道油液体积分数最高。通过试验测得壁面有沟槽和无沟槽轴承腔内油液体积分数并与仿真结果对比,发现在轴承高速阶段开设壁面沟槽有利于润滑油进入轴承腔,为高速轴承的润滑设计提供了新的方法。      

基于中介轴承润滑效率的流道结构参数反向预测

为了满足航空发动机中介轴承润滑系统设计需求,即在给出特定轴承润滑效率的前提下,获得与之匹配的合理的轴承润滑流道结构参数,提出了考虑各结构参数取值约束条件的轴承润滑效率——流道结构参数反向预测分析方法。根据轴承润滑效率神经网络模型,构造反映结构参数与润滑效率拟合关系的润滑效率函数;以润滑效率函数值与给定润滑效率误差最小为优化目标,通过考虑各结构参数取值范围的优化分析,获得满足给定润滑效率(误差最小)的流道结构参数。相较于目前已有分析方法,所提出的反向预测分析方法预测精度提高了439%,平均计算时长缩短了175 min,且能同时实现多个参数的预测,为中介轴承润滑系统设计提供了一种思路。     

气体静压轴颈-止推串接型轴承静特性的分析

采用有限元方法研究了狭缝节流气体静压轴颈-止推串接型轴承的静态特性,分析了节流狭缝宽度和气膜厚度等因素对径向和轴向承载性能的影响,研究了三棱形圆度误差对径向和轴向承载能力的影响, 揭示了轴颈轴承部分和止推轴承部分之间的相互影响规律,并且研究了当有误差存在时轴承内部气膜压力分布的规律。     

环形腔多油垫静压推力轴承膜厚高速重载特性

为了研究高速重载对静压推力轴承油膜厚度的影响,采用理论分析和实验验证相结合的方法,依据润滑理论和摩擦学原理推导出环形腔多油垫静压推力轴承旋转工作台转速、载荷与间隙油膜厚度的关系,设计了油膜厚度测试装置,并进行了实验验证。研究结果表明:随着旋转工作台转速升高和承载增大,惯性流量、剪切和挤压热增大,润滑油粘度下降,致使油膜厚度变薄,局部出现油膜破裂和干摩擦,导致静压支承摩擦失效。     

活齿传动的拟动力学研究

本文针对活齿传动的基本型结构,综合考虑弹性变形、几何误差、摩擦学行为及润滑等问题的交叉影响,全面地研究了活齿传动的载荷特性和运动学问题。在受力分析方面,针对该传动多齿同时承载的特点,系统地研究了轮齿载荷分配规律,并提出了一个统一的载荷计算公式。在运动学研究方面,鉴于该传动的活齿及转臂轴承外圈均具有局部自由度的特点,提出了滑动系数的概念,研究了活齿及轴承外圈的打滑规律。      

航空齿轮泵滑动轴承接触状态流体润滑特性

针对航空齿轮泵处于高负荷状态齿轮轴-轴瓦润滑间隙的润滑问题,将CFD仿真与齿轮轴刚性模型相结合实现了基于CFD径向运动分析的瞬时润滑计算。得到了齿轮泵瞬态场影响下的齿轮轴径向微动情况,在此基础上基于轴承三维热流体润滑计算模型和微凸体接触模型实现了对润滑油膜在高偏心接触状态的特性分析。结果表明:齿轮泵CFD仿真结果与试验结果的误差小于10%,而仿真得到的内流场的瞬变性将通过改变齿轮轴所受径向载荷的波动形状从而影响到轴承的润滑特性。通过对轴承润滑模型的数值计算发现:相比于非接触状态,轴承处于高偏心接触状态时介质的高温、低黏现象加剧。     

润滑方式对球轴承润滑性能影响的数值研究

为合理选择高速球轴承润滑方案,优化润滑系统参数,针对SKF7210角接触球轴承建立了喷油润滑与环下润滑计算模型,基于VOF数值方法,研究了两种润滑方式下轴承内油气两相流场和内外环温度场。研究结果表明:相同工况下,环下润滑轴承内油气分布较喷油润滑更为均匀;转速增加两种润滑方式润滑效果均下降,但对环下润滑影响更大,当转速超过18kr/min时(Q=3L/min,F=5kN),环下润滑轴承内油体积分数将低于喷射润滑;供油量增加可改善润滑效果,尤其对环下润滑,当转速大于10kr/min时,环下润滑轴承内油体积分数相对喷油润滑将大幅提高;载荷增加会使轴承内油体积分数减小。结论:当转速和载荷较低时,可使用结构简单的喷油润滑;当转速和载荷较高时,使用环下润滑较为有利,但需保证供油量维持在较高水平。