研究偏心率及不同供气压强条件下,气体静压径向轴承节流孔附近的气膜流场特性及承载力变化情况,并通过优化节流孔张角,提高轴承承载力。建立气体静压径向轴承三维模型,划分网格并确立模型的边界条件,采用Fluent软件对轴承内部气膜流场进行仿真计算。计算结果表明,气体静压径向轴承偏心率的增加,会导致区域气膜的压力差增大,从而提高轴承的承载力。轴承承载力同样会随着供气压强的增大而增大,但增幅会随着供气压强的增大而逐渐变小。但当供气压强增加到临界值时,由于节流孔附近激波的出现,将导致承载力随着供气压强的进一步增大而降低。通过改变轴承节流孔张角,可消除轴承气膜内的涡流现象,并改善气膜流场特性,降低能量损失,提高轴承承载力。经过分析对比,发现最优节流孔张角介于50°到60°之间。

圆柱度误差作为制造误差的重要组成部分,它对滑动轴承转子系统的影响很大,但目前对圆柱度误差的研究较少且没有研究圆柱度误差对不同长径比下滑动轴承运行特性的影响。本文建立圆柱度误差下滑动轴承系统动力学模型,通过有限差分法求解Reynolds方程,利用MATLAB仿真分析得出不同长径比下Sommerfeld数、无量纲运行参数Op、功率损耗曲线的变化情况,对比不同长径比对普通滑动轴承运行特性的影响。结果表明圆柱度误差存在与否不改变长径比对轴承承载能力的影响,即无论是否存在圆柱度误差长径比的增加都有利于承载力的提高;圆柱度误差会改变长径比对滑动轴承运行稳定性的影响;圆柱度误差会改变长径比对滑动轴承摩擦功率损耗的影响。

以动压气体轴承间隙内流动为背景,研究旋转圆柱微间隙剪切流动特性,采用有限体积法对内壁高速旋转的两圆柱间隙内流动特性进行分析,讨论偏心率、间隙比和转速等因素对压力和速度分布的影响,同时分析通道内泰勒-库特流动规律,及泰勒涡对速度分布产生的影响。结果表明,偏心率或转速的增加以及间隙比的减小,使得压力绝对值上升,压力极值点随着偏心率的增加向最小气膜间隙处移动;偏心率高于0.3时,间隙内出现流动分离形成回流,当偏心率增高至0.8时,回流区周向角度占比达到0.73;泰勒涡的出现使间隙内速度产生波状分布,切向速度最低减至0。分析结果可为了解动压气体轴承内部工作机理提供指导和依据。

非圆齿轮行星轮系是非圆齿轮液压电动机的核心部件,其节曲线设计是整体结构设计的关键。针对4~6阶非圆齿轮行星轮系节曲线的参数不唯一、设计困难等问题,基于4~6阶非圆齿轮行星轮系节曲线的设计方法,选取偏心率作为控制参数,设计出不同非圆齿轮行星轮系的节曲线;对比分析了偏心率对非圆齿轮行星轮系运动特性的影响。结果表明,非圆齿轮行星轮系在传动过程中,行星轮中心加速度和行星轮角加速度均会出现突变,突变的位置均在内齿圈向径最大位置处,且随着节曲线偏心率的增大,行星轮中心加速度和行星轮角加速度的突变值均为增加趋势。

建立了8直槽水润滑轴承的数值模型,以偏心率、半径间隙、沟槽数量为影响因素,以摩擦因数、承载力为目标函数,进行正交试验,对水润滑轴承进行优化设计分析,结果表明增大偏心率、减小轴承间隙、减少沟槽数量有助于降低摩擦因数与提高承载力。

针对柱面螺旋槽干气密封中的单列螺旋槽结构特点,建立螺旋槽浮环气膜密封的数学分析模型。基于中心差分法和Newton-Raphson迭代法,进行压力控制雷诺方程和气膜厚度方程的求解,得到压力和气膜厚度分布及不同操作参数下柱面单列螺旋槽气膜的泄漏量,并分析工况参数对柱面螺旋槽稳态性能的影响。结果表明泄漏量是随着偏心率和压力的增加而升高;当偏心率一定时,转速的增加,导致泄漏量下降;当转速一定时,压力的上升导致泄漏量的急剧上升,近乎线性分布。试验结果与理论分析结果相吻合,验证了理论模型和计算方法的正确性。

以天然气井高压旋转控制头为工程背景,利用流体动压机理,针对高转速轴密封问题,提出通过在密封橡胶与轴微间隙接触界面建立润滑气膜,以有效解决橡胶干摩擦失效问题。在胶芯内壁构建螺旋槽,改变柱状摩擦副接触面结构,以产生气体动压效应。通过建立柱面微间隙气膜模型,实现了气膜流场数值模拟,并验证了螺旋槽结构参数、转速变化等因素对气膜的影响规律。结果表明:偏心率是润滑气膜形成的必要条件;在偏心率和转速一定的条件下,螺旋槽与轴转动方向相反且旋向为50°时,气膜压力最大,可获得最佳气体动压效应。

光滑环形气体密封动态特性对透平机械转子系统稳定性有直接影响。建立三维数值分析模型,应用基于微元理论的密封动力特性系数识别方法计算光滑环形气体密封在2种出口状态(非阻塞/阻塞)、5种偏心率(ε=10%,30%,50%,70%,80%)以及3种长径比(L/D=0.5,1.0,1.5)工况下密封动态流动特性。结果表明:在不同出口状态下(L/D=1.0),密封直接刚度系数均随偏心率及涡动频率的增加而减小,交叉刚度系数绝对值与直接阻尼系数随偏心增加而增大。密封在高偏心情况下,必须考虑偏心率对密封特性系数的影响,不能简化为传统四个动力特性系数。不同涡动频率下,有效阻尼系数随偏心率、长径比增大表现相反的变化趋势,低频涡动、高偏心、长径比越大的转子系统更容易失稳。

提出一种新型的偏心回转油气混输泵，介绍了该泵的工作原理及结构特点。根据该泵主要运动部件的运动规律和力学特性，导出各运动部件的运动、受力的计算公式，推导出该泵关键部位摩擦力及摩擦功耗随主轴转角的变化关系，分析了主要结构参数对泵的摩擦特性的影响。结果表明：偏心回转油气混输泵滑板圆头端的摩擦功耗低于滑板摩擦功耗的2％；泵的摩擦功耗随着相对偏心距的增大而增大，油缸相对高度对该泵摩擦功耗的影响可以忽略不计。研究结果为偏心回转油气混输泵的优化设计提供了理论基础。

考虑气穴的影响建立了油膜轴承所支撑转子系统的动力学模型并利用新的动网格更新方法编制了求解油膜轴承压力分布、转子静平衡位置以及轴心轨迹的程序验证了其正确性。利用该程序考察了气穴压力和转速对油膜轴承压力分布和所支撑转子的轴心静平衡位置的影响。计算结果表明在相同的速度和载荷下随着气化压力升高轴承偏心率和最大油膜压力增大偏位角减小并且最大油膜压力的周向位置受气化压力的影响较小;而在相同的载荷下转速对转子静平衡位置影响较大并随着转速增加轴承偏心率减小偏位角增加。