Dynamic coefficients and stability analysis of a water-lubricated hydrostatic bearing by solving the uncoupled Reynolds equation

This paper concerns the dynamic characteristics of incompressible laminar flow hydrostatic bearings. An improved method based on the mathematical perturbation technique for calculating the stiffness and damping coefficients of hydrostatic bearings is presented; it raises the calculation efficiency by uncoupling the recess flow continuity equations from the solving of the Reynolds equation. The dynamic coefficients of a water-lubricated four-recess hydrostatic bearing are calculated with both the improved method and the conventional method. The comparisons between these two methods validate the effectiveness and correctness of the improved method. Furthermore, the dynamic response and stability characteristics of a rotor supported by the hydrostatic bearing are calculated and compared with experimental results. First, the dynamic responses calculated with the linear and nonlinear bearing dynamic coefficients models show that the linear model is inaccurate if the rotor whirls in a large eccentricity ratio range, owing to the nonlinearity of stiffness and damping. Second, according to the numerical and experimental results, the nonlinearity of bearing stiffness and damping coefficients could induce double rotational frequency component in the unbalance response frequency spectrum. Finally, the numerical results indicate that the stability threshold speed of the bearing increases with eccentricity ratio. The improved method proposed can be used to evaluate the dynamic performance of hydrostatic bearings efficiently, and the bearing characteristics presented could contribute to a better understanding of the performance of water-lubricated hydrostatic bearings.     

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.      

金属膜盘联轴器用关节轴承磨损特性研究

为研究金属膜盘联轴器用关节轴承的磨损特性,对某型关节轴承在金属膜盘联轴器工作环境进行了分析,计算了其在最大载荷条件下的PV值,并分别开展了低速摆动轴向重载磨损试验、高速摆动轴向无载磨损试验和发动机真实工况磨损试验。结果表明:金属膜盘联轴器用关节轴承的工作环境属于高速旋转和高速摆动、轴向重载和径向无载,关节轴承的磨损量与其所承受的轴向载荷与摆动线速度直接相关。     

考虑间隙和拧紧力矩的复合材料钉载分配均匀化方法

一种通过调整钉-孔间隙和拧紧力矩改善复合材料多钉连接钉载分配不均匀性的方法被提出。首先，基于改进的钉载分配测量方法测量各钉承载比例，采用SPSS软件得到各钉载比例的多元线性回归函数，并以钉-孔间隙和拧紧力矩为设计变量，建立多钉连接钉载分配的线性优化模型。然后，采用单纯形算法对优化模型进行求解，得到优化解。最后，以三钉单剪连接为例，对比计算和试验测量结果。结果表明：求解结果与试验测量结果吻合度较高；优化后，最高钉载比例从36.06%降低到33.45%；三钉单剪连接结构承载能力提高约10.8%，且改善结构失效形式为钉-孔挤压失效。     

角接触球轴承生热预测方法与灵敏度分析

通过拉丁超立方实验设计法获取角接触球轴承NSK-7015C的结构参数样本数据,采用Newton-Raphson法求解轴承变形几何协调方程、滚动体平衡方程和内圈平衡方程所构成的非线性方程组。应用Kriging和Monte Carlo相结合的方法(AK-MCS)构建样本数据与轴承生热的函数关系,在此基础之上使用全局灵敏度计算方法计算轴承结构参数对轴承生热的影响。研究结果表明:在相同轴承结构参数下,采用AK-MCS法预测的轴承生热与轴承拟静力学分析模型求得的结果差值均小于0.003 W,说明AK-MCS算法的预测结果具有较高的准确性;轴承生热对轴承滚动体直径变化反应最灵敏,轴承内、外圈沟道直径影响次之,轴承内、外圈沟道曲率半径影响最小,该研究能够为轴承结构参数的设计优化和加工精度的选择提供理论依据。      

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.     

基于混合有限元模型的航空发动机主轴承剥落故障仿真分析方法

高保真的整机实体有限元模型可以逼真地反映航空发动机整机振动特性,但是难以考虑复杂的滚动轴承故障动力学模 型,且其计算量太大,不能胜任主轴承故障激励下的整机非线性动力学仿真。为了有效地进行发动机主轴承的故障诊断,开展了 主轴承剥落故障激励下的整机振动响应机理研究,提出了一种基于整机实体有限元模型和整机梁单元有限元模型的主轴承故障 动力学混合仿真分析方法。利用整机梁单元模型仿真分析得到主轴承故障激励下与机匣相连接的主轴承支反力,在整机实体有 限元模型中去除转子实体有限元模型,将支反力直接施加到各支承处的轴承座上,利用瞬态响应分析方法获取主轴承故障激励下 的整机振动响应,并利用整机梁单元模型进行了方法验证。结果表明：利用混合有限元仿真方法获取了航空发动机主轴承故障激 励下的仿真信号,误差均不超过1%,表明了所提出方法的正确有效性。     

Data association for deghosting in Y-shaped passive linear array sonars

This paper deals with data association using three sets of passive linear array sonars (PLAS) geometrically positioned in a Y-shaped configuration, fixed in an underwater environment. The data association problem is directly transformed into a 3D assignment, which is known to be NP hard. For generic passive sensors, it can be solved using conventional algorithms, while in PLAS, it becomes a formidable task due to the presence of bearing ambiguity. Thus, the central issue of the problem in PLAS is how to eliminate the bearing ambiguity without increasing tracking error. To solve this problem, the 3D assignment algorithm used the likelihood value of only those observed bearing measurements is modified by incorporating frequency information in consecutive time-aligned scans. The region of possible ghost targets is first established by the geometrical relation of PLAS with respect to target. The ghost targets are then confirmed and eliminated by generating multiple observations in consecutive scans. Representative simulations demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

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。      

圆柱滚子中介轴承拟静力学分析

航空燃气涡轮发动机为了提高性能经常采用中介轴承.中介轴承对发动机转子系统的动力特性的影响很大,但国内外对中介轴承动力学特性的研究却很少.本文采用拟静力学法,通过分析圆柱滚子中介轴承的运动关系和受载情况,建立了相应的计算模型.本文应用所建立的模型,计算了圆柱滚子中介轴承的动力学特性,并将计算得到的滚子打滑率与试验结果进行了比较.在此基础上,进一步对内外圈反向旋转,且内圈与高压转子联接、外圈与低压转子联接的中介轴承进行了分析,研究了保持架转速、滚子自转转速以及滚子与保持架的接触力随径向载荷变化的关系.研究结果表明,随着径向载荷的增加,保持架转速、滚子自转转速以及滚子与保持架的接触力均增大.     

悬臂式挠性薄片气体动压径向轴承分析研究

本文建立了悬臂式挠性薄片气体动压径向轴承的特性分析计算方法,用差分方法耦合求解径向轴承的雷诺方程和薄片弹性变形方程。给出了径向轴承刚度、阻尼的计算方法和稳定性计算方法。计算分析了设计的悬臂式薄片气体动压径向轴承的静特性和动特性。计算结果表明,对于所有的偏心率范围和可能的工作运行范围内是恒定稳定的。      

基于异频扰动和CFD技术的滑动轴承动力特性系数识别方法

目前CFD技术已广泛应用于滑动轴承的数值仿真中,但还存在两个问题,相对于传统的通过求解Reynolds方程获得流体压力场和油膜力的方法,如何通过CFD计算结果来识别得到动力特性系数,以及CFD方法误差有多大。针对这些问题,本文基于同幅异频位移激励技术,同时充分考虑惯性力、刚度、阻尼交叉项等因素给出了一套适用于挤压油膜阻尼器、可倾瓦轴承、固定瓦轴承等多种模型的动力特性识别方法,应用该方法可以一次性识别出油膜的动力特性系数。通过滑动轴承算例与短圆瓦轴承刚度阻尼理论解进行对比,验证了该方法的准确性。     

球轴承接触疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到6206球轴承的接触应力分布并分析了6206球轴承最大接触应力区。根据6206球轴承的载荷及应力应变状态将最大接触应力区简化为二维平面应力模型。在此基础上预估了6206球轴承的接触疲劳寿命。设计并进行了6206球轴承疲劳强化试验。轴承接触疲劳剥落都萌生于内圈,与应力仿真分析结果相契合。三个试验轴承的试验与预估接触疲劳寿命的相对误差分别为29.52%、3.03%和51.16%,验证了接触疲劳寿命预估方法的有效性。研究表明采用损伤力学预估球轴承的接触疲劳寿命是工程中可行且实用的方法。      

Bearings-only target motion analysis with acoustic propagation models of uncertain fidelity

The augmented bearings-only target motion analysis (TMA) problem arises when the bearing measurements of the classical bearings-only TMA problem are augmented with received signal-to-noise ratio (SNR) measurements. A combined acoustic propagation and sensor (CAPS) performance prediction model specifying the conditional density of the SNR measurements is assumed given; however, mismatch may exist between the CAPS model and the real world. We present a novel "missing data" formulation of the augmented bearings-only TMA problem using an empirical maximum a posteriori (EMAP) method for target parameter estimation, and show that it provides a natural and straightforward technique for mitigating CAPS model mismatch. The EMAP approach leads to an iteratively reweighted, linear least-squares algorithm for solving both the augmented bearings-only TMA problem and the classical (nonaugmented) bearings-only TMA problem. Examples are provided.     

含复杂滚动轴承建模的航空发动机整机振动耦合动力学模型

在航空发动机整机振动模型中对滚动轴承进行了详细建模。建立了5自由度（DOF）球轴承动力学模型,推导了在5自由度复杂变形下的轴承力和力矩表达式;针对圆柱滚子轴承,利用“切片法”,推导了考虑轴承径向变形、圆柱转子凸度、轴承间隙以及轴承倾斜引起的角向变形等复杂因素作用下的圆柱滚子轴承的作用力;将复杂的球轴承模型和滚子轴承模型与6自由度的转子和机匣有限元梁模型结合,建立了含复杂滚动轴承建模的航空发动机整机振动模型,并利用数值积分方法进行了动力学方程求解。利用带机匣的转子试验器进行了方法验证,与试验结果对比表明,仿真计算的整机振动前3阶固有频率误差在5%以内,对应振型完全相似。      

自润滑关节轴承冷缩装配研究与应用

受操作空间影响,某型号机型垂尾关节轴承与轴承座之间须采用徒手装配的方式.针对该轴承装配过程中易造成卡滞的问题,结合自润滑关节轴承的装配间隙及装配时间要求,基于ABAQUS软件仿真分析了温度场变化对自润滑关节轴承变形的具体影响规律,针对轴承冷缩装配时的轴承温度提出了具体的要求;并通过试验监测了冷缩轴承在20℃装配环境中轴...     

锥面螺栓联接结构承载能力的实验预测

本文用模型试验方法研究了以套齿 (花键)联接的某发动机高压轴的轴向承载能力,分析了双锥面定位联接结构的载荷—变形规律以及它们与传统的螺栓联接结构载荷—变形规律的区别,讨论了影响双锥面联接结构轴向承载能力的因素,同时对某发动机高压轴的承载能力进行了试验确定,并对其装配工艺提出了改进建议。      

气浮支承式触针测量系统径向动态性能研究

触针表面形貌测量仪是生产科研中应用广泛的仪器,杠杆式触针由于其结构原因,在测量时会产生非线性误差,影响测量结果的精度.介绍了一种气浮触针式测量传感器,触针轴运动方向与位移测量方向一致,有效地避免了非线性误差;在研究中建立了气浮支承式触针测量系统的运动模型,分析了测量系统的动静态特性,研究了影响气浮支承径向动态性能的因素...     

中介轴承多点故障动力学建模和仿真分析

针对中介轴承故障理论尚不完善这个缺点,特别是中介轴承多点故障机理认识不清,基于非线性Hertz接触理论,采用时变位移激励函数对中介轴承内、外圈同时存在的故障进行描述,建立中介轴承多点故障4自由度动力学模型.搭建中介轴承故障实验台,对中介轴承多点故障进行试验模拟,通过对比试验数据与动力学数值仿真结果发现,故障特征频率仿真...     

柔性机翼承载能力的试验与预测

对柔性机翼进行了承载能力的试验及预测研究,首先对柔性机翼的翼型结构进行建模,并对充气机翼的结构进行了分析和优化;其次应用正交试法确定出影响柔性机翼承载能力的主要影响因素,以优化后的结果建立实物模型和主要影响因素为变量进行试验;最后以大量的试验数据为训练样本建立改进的神经网络模型,并进行承载能力预测.试验与预测结果对比研究表明:在初始阶段,柔性机翼在压强一定时,载荷与挠度近似呈线性关系;在同一气压值下,载荷增加到一定值时,载荷与挠度的关系曲线呈近似线性关系,而是斜率突然减小;神经网络测试值和试验实测值最大相对误差与标准方差只有12%和0.39%,人工神经网络解析方法可以用于对充气机翼抗弯刚度的分析.