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基于流体域仿真的高速风机气浮箔片轴承动静特性研究

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润滑与密封 2024年第2期49卷 19-25页

作者：张晨许亮孙丹李雨薇高飞荆建平上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所黑龙江哈尔滨150078 新乡航空工业(集团)有限公司河南新乡453000

气浮轴承特性对高速风机转子稳定性有显著影响,气浮轴承的静特性与动特性计算是准确获得转子系统失稳转速的基础。通过建立气浮轴承物理模型,以及对应的流体域模型,设定气浮轴承工作状况下的参数,模拟其在工作状况下的流体域分布情况,... 详细信息

气浮轴承特性对高速风机转子稳定性有显著影响,气浮轴承的静特性与动特性计算是准确获得转子系统失稳转速的基础。通过建立气浮轴承物理模型,以及对应的流体域模型,设定气浮轴承工作状况下的参数,模拟其在工作状况下的流体域分布情况,调整轴心位置,找到标准工作状况下的轴心位置,实现气浮轴承的静特性计算。在静特性计算的结果的基础上,赋予轴颈同频的扰动,模拟流体域分布情况,得到在给定扰动情况下轴颈的受力情况,根据力的变化求解得到气浮轴承对应的刚度系数与阻尼系数,实现气浮轴承动特性的计算。结果表明:随着转速的不断提升,稳定时的轴心位置会逐渐向气浮箔片轴承的圆心靠近;在一定的工作转速范围内,轴承的直接刚度系数随着转速的提升而下降,直接阻尼系数则在工作转速范围内下降到达低值后上升。分析气浮轴承的特性系数与转速之间的变化规律,可为开展转子系统动力学研究提供理论基础。

关键词：流体域仿真气浮轴承轴承特性计算静特性动特性

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轴瓦惯性对核主泵水润滑轴承动特性的影响

噪声与振动控制 2023年第3期43卷 12-20页

作者：张旭朱昶帆张俊杰张晨段显博荆建平上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海核工程研究设计院有限公司上海200030

可倾瓦轴承由于其固有稳定性获得广泛运用,而得出该结论有赖于忽略轴瓦惯性。以屏蔽式核主泵轴承为例,由于其采用水作为润滑介质,密度和黏度较低,所提供的刚度、阻尼较小,加之所受激励频率成分复杂,在轴瓦运动中惯性作用因素具主导性。... 详细信息

可倾瓦轴承由于其固有稳定性获得广泛运用,而得出该结论有赖于忽略轴瓦惯性。以屏蔽式核主泵轴承为例,由于其采用水作为润滑介质,密度和黏度较低,所提供的刚度、阻尼较小,加之所受激励频率成分复杂,在轴瓦运动中惯性作用因素具主导性。因而对无惯性轴瓦轴承的稳定性讨论结论对其不适用,有必要进一步讨论轴瓦惯性的影响。以某型核主泵径向四瓦可倾瓦轴承为例,给出一种考虑轴瓦惯性的轴承动特性计算方法,计算不同轴颈涡动频率下该泵的动特性系数,并分析轴承稳定性。结果表明,考虑轴瓦惯性条件下,瓦间承载时四瓦可倾瓦轴承产生显著的负交叉刚度和负交叉阻尼;对稳定性的分析表明,该交叉刚度对总体稳定性影响较小,交叉阻尼则会削弱整体稳定性。

关键词：振动与波核主泵可倾瓦轴承轴瓦运动动特性

不同瓦面形貌参数的曲面可倾瓦推力轴承动特性仿真研究

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润滑与密封 2022年第12期47卷 55-61页

作者：田佳彬王刚伟王娟汪盛通欧阳武武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430205 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063

为了揭示瓦块曲面形貌参数对船舶可倾瓦推力轴承动特性的影响规律,建立可倾瓦推力轴承瞬态热流体动压润滑模型,采用轴向扰动法研究轴承刚度和阻尼系数的计算方法并进行了验证。设计6种瓦面形貌,仿真分析不同形貌类型和瓦面弯曲程度对推... 详细信息

为了揭示瓦块曲面形貌参数对船舶可倾瓦推力轴承动特性的影响规律,建立可倾瓦推力轴承瞬态热流体动压润滑模型,采用轴向扰动法研究轴承刚度和阻尼系数的计算方法并进行了验证。设计6种瓦面形貌,仿真分析不同形貌类型和瓦面弯曲程度对推力轴承动特性的影响规律。结果表明:推力轴承刚度系数随激振频率的增加而上升,阻尼系数随激振频率的增加而下降;在相同激振频率下,仅考虑一个方向的形貌改变,周向瓦面凸起量的增加可以增加油膜厚度,降低轴承的刚度和阻尼系数,但径向凸起量的增加对轴承的刚度阻尼系数几乎无影响;仅考虑径向凹陷时,阻尼系数随凹陷量的增加而增加并可达到最大;当同时考虑周向和径向的形貌变化时,则周向凸起量是轴承主要的影响因素。

关键词：曲面形貌参数可倾瓦推力轴承激振频率动特性

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磨床电主轴动静压轴承静动特性的理论研究

制造技术与机床 2023年第12期 79-84页

作者：王苗门静韩少燕贾谦李晓西安交通大学城市学院机械工程系陕西西安710018 机器人与智能制造陕西省高校工程研究中心陕西西安710018 西安景辉信息科技有限公司陕西西安710049

针对精密磨床电主轴的高精度设计需要,采用动静压轴承作为支承轴承,动静压轴承采用四油腔小孔节流结构。文章分析了动静压轴承的结构和使用工况,给出了动静压轴承的静动特性的理论计算方法,分析了节流孔径d和油腔面积A对静动特性的影响... 详细信息

针对精密磨床电主轴的高精度设计需要,采用动静压轴承作为支承轴承,动静压轴承采用四油腔小孔节流结构。文章分析了动静压轴承的结构和使用工况,给出了动静压轴承的静动特性的理论计算方法,分析了节流孔径d和油腔面积A对静动特性的影响,静特性包括承载力F和流量Q,动特性包括刚度系数k和阻尼系数c。研究结果表明:随着d的增大,F先增大后减小,在d为0.5 mm时达到最大值;Q随d的增大而增大,且增大的趋势逐渐变缓;F随A的增大呈线性增大,当A大于1 000 mm^(2)之后F开始减小。Q随着A增大而增大,但增大趋势有递增迹象;主刚度k_(xx)随着d的增大先增大后减小,在d为0.5 mm时达到最大值,k_(yy)随着d增大而减小,但在d为0.5 mm之后的减小趋势放缓;随着A的增加,两个方向主刚度k_(xx)、k_(yy)均近似线性增大,k_(xx)在A大于1 000 mm^(2)时达到最大值,交叉刚度k_(xx)随着A增大而递减,但在递减趋势逐渐平缓。

关键词：精密磨床电主轴动静压轴承静特性动特性

淮安四站水润滑弹性金属塑料导轴承流固耦合特性及动特性研究

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淮安四站水润滑弹性金属塑料导轴承流固耦合特性及动特性研究

作者：程金武扬州大学

学位级别：硕士

水润滑弹性金属塑料导轴承(简称导轴承)在淮安四站大型水泵运行过程中起到非常重要的作用,其作用是可以保持轴系运行的稳定性。然而聚四氟乙烯轴衬硬度和弹性模量较低,且导轴承采用河水直接润滑,河水中泥沙含量较多,从而导致导轴承容易... 详细信息

水润滑弹性金属塑料导轴承(简称导轴承)在淮安四站大型水泵运行过程中起到非常重要的作用,其作用是可以保持轴系运行的稳定性。然而聚四氟乙烯轴衬硬度和弹性模量较低,且导轴承采用河水直接润滑,河水中泥沙含量较多,从而导致导轴承容易发生磨损和变形,从而使微米级润滑膜厚度发生变化,对导轴承的润滑性能有较大影响。此外,导轴承的刚度和阻尼对大型水泵运行性能有着重要影响,刚度和阻尼不足时,容易增大导轴承在工作运行过程中的振动和噪声,削弱了导轴承对外界干扰的抵抗能力,从而会导致导轴承发生故障,严重时会导致水泵无法工作运行。因此,对淮安四站大型水泵导轴承进行流固耦合特性和动特性深入研究是非常必要的。论文主要研究内容如下:(1)结构参数对导轴承流固耦合特性的影响。基于ASNYS Workbench软件中Fluent流体模块、Transient Structural固体模块和System Coupling耦合模块对导轴承进行流固耦合特性研究,分析不同偏位角、半径间隙、沟槽宽度、沟槽深度和沟槽数量对导轴承流固耦合特性的影响,包括润滑膜压力、轴衬变形、轴衬等效应力、承载能力、摩擦力和摩擦系数。结果表明:在相同半径间隙和偏心率条件下,偏位角对导轴承流固耦合特性的影响非常小;在相同最小膜厚条件下,随着半径间隙的增大,润滑膜压力周向梯度在增大,轴衬最大变形量在增大,轴衬最大等效应力先增大后减小,承载能力和摩擦力增大,摩擦系数减小;在相同偏心率条件下,随着沟槽宽度、沟槽深度和沟槽数量的增大,润滑膜压力周向梯度减小,轴衬最大变形量减小,轴衬等效应力变化规律不一致,承载能力和摩擦力减小,摩擦系数增大。(2)均匀磨损和局部磨损对导轴承流固耦合特性的影响。分别研究均匀磨损和局部磨损对导轴承流固耦合特性的影响。结果表明:在均匀磨损状态下,随着最大磨损量的增大,润滑膜整体的压力周向梯度随之骤降,高变形区面积减小,等效应力分布变得不均匀和集中,承载能力减小,摩擦力减小,摩擦系数增大;在局部磨损状态下,局部磨损若是发生在最小间隙处,将无法形成动压润滑膜,变形分布不再规则,最大变形量集中在局部磨损的凹陷处。局部磨损发生在中间间隙和最大间隙时,对动压润滑效应影响相对较小。需要注意的是,局部磨损的存在,会使其所在轴瓦表面出的等效应力骤降,轴瓦附近沟槽处的等效应力急剧增加,还会使承载能力和摩擦力增大,摩擦系数减小。其中当局部磨损在最小间隙时,承载能力和摩擦力最大,摩擦系数最小。(3)不同工况对导轴承动特性的影响。基于Fluent动网格技术,编写UDF定义导轴承轴心运动轨迹,对导轴承进行动特性研究,分析不同偏心率、半径间隙、扰动幅值和扰动频率对导轴承动特性系数的影响,包括刚度系数和阻尼系数。结果表明:随着偏心率的增大,直接刚度系数KXX和交叉刚度系数KXY绝对值减小,直接刚度系数KYY绝对值、交叉刚度系数KYX、直接阻尼系数CXX、直接阻尼系数CYY和交叉阻尼系数CYX增大;随着半径间隙的增大,直接刚度系数KXX绝对值和交叉刚度系数KXY绝对值先减小后增大,直接刚度系数KYY绝对值增大,交叉刚度系数KYX、直接阻尼系数CXX、直接阻尼系数CYY和两个交叉阻尼系数CXY和CYX减小;当扰动幅值不大于0.009时,随着扰动幅值的增大,刚度系数和阻尼系数几乎不变;随着扰动频率的增大,刚度系数几乎没有改变,直接阻尼系数CXX绝对值和CYY绝对值减小,交叉阻尼系数CXY增大,交叉阻尼系数CYX减小。

关键词：导轴承双向流固耦合磨损动网格动特性

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悬置支架动特性有限元模型修正方法的研究

悬置支架动特性有限元模型修正方法的研究

作者：鲁港华南理工大学

学位级别：硕士

悬置支架是悬置系统的重要组成部分,其动特性会影响悬置系统的动特性,最终影响整车的NVH性能。目前,悬置支架动特性试验结果与有限元分析结果存在较大误差。为了提高悬置支架有限元模型的分析精度,本文对悬置支架动特性有限元模型进行... 详细信息

悬置支架是悬置系统的重要组成部分,其动特性会影响悬置系统的动特性,最终影响整车的NVH性能。目前,悬置支架动特性试验结果与有限元分析结果存在较大误差。为了提高悬置支架有限元模型的分析精度,本文对悬置支架动特性有限元模型进行了修正,论文的主要工作如下:(1)对一款悬置支架进行了约束状态下以模态分析为目的的有限元建模,并计算获取了固有频率和振型的仿真结果。然后进行了悬置支架约束模态测试,获取固有频率和振型的测试结果。对比仿真结果和测试结果,发现固有频率存在较大误差,认为需要对悬置支架有限元模型进行修正,提高仿真模型的精度。(2)提出从支架材料参数和约束边界两个角度来修正悬置支架动特性有限元模型。然后提出了一种结合模态试验、有限元分析和数学优化模型对悬置支架模型参数进行识别,进而修正有限元模型的方法。在自由边界条件下,对悬置支架材料参数进行修正。在自由模态分析有限元模型和自由模态试验数据的基础上,将支架材料参数设置为设计变量,以有限元分析和模态试验之间的固有频率误差和最小为目标,建立优化函数,使用全局响应面法进行迭代计算,完成对支架的材料参数识别。(3)对悬置支架约束边界模型进行修正。考虑到约束条件下悬置支架螺栓结合部的动特性对系统固有频率的重要影响,建立一种采用弹簧单元来模拟螺栓结合部刚度特性的等效模型。基于螺栓结合部等效模型和参数识别方法,将约束条件下有限元分析和模态试验之间的固有频率误差和最小设置为目标,以弹簧单元刚度参数为设计变量,通过迭代优化对弹簧单元刚度参数进行识别,完成悬置支架边界模型修正。修正后模型的固有频率计算结果误差大大降低。最后将修正后的有限元模型参数应用于相同边界但几何形状不同的悬置支架的动特性分析,结果显示固有频率的计算值与实测值误差仍然满足精度要求,说明修正模型具有良好的预测精度和工程应用性。(4)最后将修正模型应用于悬置支架动刚度有限元分析。动刚度也是一个重要的悬置支架动特性指标。将修正后的材料参数和约束边界模型应用于动刚度分析模型中,计算得到仿真动刚度曲线。然后进行了悬置支架动刚度试验。通过对比仿真与测试结果,发现两者的动刚度曲线重合度较高,验证了动刚度有限元模型的有效性,也进一步验证了修正后的模型。

关键词：悬置支架动特性有限元模型修正螺栓结合部参数识别

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微织构特征对径向滑动轴承动特性的影响

西北工业大学学报 2015年第4期33卷 658-664页

作者：尹明虎陈国定高当成苏华王琳西北工业大学机电学院陕西西安710072

在滑动轴承轴瓦(或轴颈)表面加工微织构以提升其工作性能是近年来的热点研究内容,尤其是微织构特征对滑动轴承静特性影响的研究更为多见。滑动轴承动特性对于高速旋转机械系统动力学研究是十分重要的影响因素,因此有关微织构特征对滑动... 详细信息

在滑动轴承轴瓦(或轴颈)表面加工微织构以提升其工作性能是近年来的热点研究内容,尤其是微织构特征对滑动轴承静特性影响的研究更为多见。滑动轴承动特性对于高速旋转机械系统动力学研究是十分重要的影响因素,因此有关微织构特征对滑动轴承动特性影响的研究也是很有必要的。基于采用轴承出口的质量守恒边界条件和动网格技术,建立了基于N-S方程的微织构滑动轴承动特性分析有限元模型,较为详细地分析了微织构形状、尺寸和分布参数对滑动轴承动特性的影响规律,并通过国外的理论分析结果和试验数据对文中建立的计算模型进行了验证。研究结果表明,与其他微织构特征相比,微织构面积率和周向分布位置对滑动轴承动特性系数的影响更为显著;相较于轴承的刚度系数,微织构特征对轴承阻尼系数的影响较轴承刚度系数更为明显。

关键词：织构滑动轴承动特性刚度阻尼

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工程车辆驾驶室液压悬置动特性研究

工程车辆驾驶室液压悬置动特性研究

作者：李国其贵州大学

学位级别：硕士

随着科技水平的日益进步,人们对工程车辆驾驶舒适性的要求不断提高。车辆发动机工作和路面崎岖引起的振动传递至驾驶室,致使驾驶员感到不适,因此驾驶室隔振技术一直深受关注,而作为关键减振元件的驾驶室液压悬置在这中更是起着至关重要... 详细信息

随着科技水平的日益进步,人们对工程车辆驾驶舒适性的要求不断提高。车辆发动机工作和路面崎岖引起的振动传递至驾驶室,致使驾驶员感到不适,因此驾驶室隔振技术一直深受关注,而作为关键减振元件的驾驶室液压悬置在这中更是起着至关重要的作用。本文以某型号履带式挖掘机驾驶室液压悬置系统为研究对象,主要的研究内容如下:首先,简述了液压悬置系统的发展历史,介绍了有关液压悬置动特性研究的国内外现状。详细阐述了文中所使用的有限元法理论及流固耦合有限元理论,简述了橡胶材料的超弹性本构模型及数学表达式。同时针对驾驶室液压悬置关键弹性元件橡胶主簧中的橡胶材料,开展了100%应变范围内橡胶材料单轴拉伸试验,根据拉伸试验的应力-应变数据拟合了Mooney-Rivlin超弹性本构模型的参数。其次,介绍了驾驶室液压悬置工作原理,根据液压悬置动特性评价指标介绍了动刚度、滞后角曲线的计算方法。接着在ANSYS中搭建了驾驶室液压悬置有限元仿真模型。先是对驾驶室液压悬置橡胶主簧做了静特性仿真,计算了橡胶主簧的动刚度和阻尼系数;随后对驾驶室液压悬置做了动特性仿真,并将仿真结果同试验结果对比,发现两者吻合度较好,进而验证了有限元模型的准确性。然后,根据驾驶室液压悬置动力学数学模型在Simulink中搭建了驾驶室液压悬置动特性仿真模型,并验证了该模型的准确性。基于此开展了硅油粘度、螺旋弹簧刚度、惯性通道长度和惯性通道间隙等液压悬置参数对驾驶室液压悬置动特性的影响进行研究,并对影响规律作了总结归纳。最后,针对传统的统计实验方法需要做大量试验或仿真,浪费人力物力及时间的缺点,本文基于GA-BP神经网络,建立了驾驶室液压悬置参数与动特性的非线性拟合模型。通过正交实验获取的数据对该模型进行训练,最后采用试验数据对GA-BP神经网络模型进行了实例验证,发现建立的GA-BP神经网络模型能很好的拟合驾驶室液压悬置参数与动特性之间非线性关系。

关键词：驾驶室液压悬置流固耦合动特性 GA-BP

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颗粒阻尼器配置对齿轮传动系统动特性影响

机械工程学报 2017年第7期53卷 1-12页

作者：肖望强黄玉祥李威林宏陈智伟厦门大学航空航天学院厦门361005 北京科技大学机械工程学院北京100083 北京宇航系统工程研究所北京100076

齿轮传动正朝着高速、重载和高精度方向发展,对其动态性能要求越来越高。颗粒阻尼通过颗粒间、颗粒与阻尼器壁间的非弹性碰撞和摩擦作用耗能,具有减振效果显著、耐高温、各向同性、对原结构改动小等优点。利用有限元法对齿轮进行了有预... 详细信息

齿轮传动正朝着高速、重载和高精度方向发展,对其动态性能要求越来越高。颗粒阻尼通过颗粒间、颗粒与阻尼器壁间的非弹性碰撞和摩擦作用耗能,具有减振效果显著、耐高温、各向同性、对原结构改动小等优点。利用有限元法对齿轮进行了有预应力的模态分析,通过齿轮系统动力学分析,研究单双齿啮合激励对齿轮传动的影响;同时建立齿轮传动离心场中颗粒系统耗能模型,将离散元法计算颗粒系统耗能和试验测试对比,分析阻尼器配置对齿轮传动系统动特性的影响。结果显示,阻尼器配置方案是影响齿轮传动系统动特性的一个重要因素,在阻尼孔中填充一定数量的颗粒,当阻尼器总体积相同且齿轮结构静刚度相差不大时,阻尼器个数越多颗粒系统能耗越大;当阻尼孔直径相同时,阻尼孔个数越多颗粒系统总能耗越小;当阻尼孔个数相同时,阻尼孔直径越大颗粒系统能耗越小。通过试验和仿真对比验证了模型的正确性,为颗粒阻尼在离心场中的应用提供重要的理论依据。

关键词：颗粒阻尼器齿轮传动离心场离散元方法动特性