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《液体动压润滑轴承》实验指导书一、实验目的1、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。
2、测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。
3、观察载荷和转速改变时油膜压力的变化的情况。
4、观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况，绘制轴向油膜压力曲线。
5、了解径向滑动轴承的摩檫系数f的测量方法,绘制摩擦特性曲线。
二、实验台结构与技术参数1、实验台的主要结构如图所示1、三角带2、直流电机3、主轴箱4、主轴5、主轴瓦6、油压表（8只）、7、螺旋加载器8、测力弹簧片9、测力计（百分表）2、结构特点实验台主轴4、由两个高精度的单列向心球轴承支承。
直流电机2通过三角带1传动给主轴4，主轴顺时针旋转，主轴上装有精密加工制造的主轴瓦5，由无机调速器来实现主轴的无机变速，轴的转速由装在面板上的左数码管显示。
主轴瓦外圆上方被加载装置压住，通过螺旋加载器的加载杆即可实现对轴瓦加载，加载大小由载荷传感器传出，由装在面板上的右数码管显示。
主轴瓦上装有测力杆，通过百分表9可测出测力弹簧片变形Δ值。
主轴瓦前端装有7只油压表，测量在轴瓦全长1/2处（即中间位置）的径向压力，在轴瓦全长1/4处（距后端）装有1只油压表（即第8只），测量该处的径向压力，第8只油压表与前端装有的第4只油压表都安装在主轴瓦的同一条母线上。
3、主要技术参数实验主轴瓦内直径（即主轴直径）d=70mm、有效长度（宽度）B=125mm、材料 ZQSn6-6-3加载范围0～1000 N 调速范围n=3～500 rpm百分表精度 0.01mm 量程0～10mm 油压表精度 2.5级量程0～0.6MPa 测力杆上测力点与轴承中心距离L=120mm测力弹簧片特性系数k=0.098N/格（百分表每格）2、控制面板（如图）1、转速显示2、压力显示3、油膜指示4、电源开关5、压力调零6、转速调节7、测量键8、存储键9查看键10复位键在单片机的程序控制下，可完成“复位”“测量”“查看”“存储”4种测试功能，通电后，该电路自动开始工作，个位右下方的小数点亮，即表示电路正在检测并计算转速。
水润滑橡胶尾轴承模态影响因素分析金勇;田宇忠;刘正林【摘要】水润滑橡胶尾轴承由于其减振降噪的优良特性,在舰船中的应用越来越广泛,研究水润滑橡胶尾轴承的动态特性对其工作可靠性具有重要意义.采用有限元计算软件ANSYS对水润滑橡胶尾轴承及其内衬、衬套进行有限元模态分析,研究各种结构形式、不同材料属性对水润滑橡胶尾轴承动态特性的影响规律及其水平.研究表明,水润滑橡胶尾轴承各阶固有频率分布比较集中,其低阶模态主要受到内衬结构及其材料属性的影响,高阶模态主要受到衬套结构及其材料属性的影响.%With the outstanding characteristics of damping and noise-reducing, the water lubrication stem tube rubber bearing has been widely adopted in ships. So, it' s important to investigate the mechanism of the vibration of water-lubricated rubber stem bearing in some special conditions. Finite element modal analysis was introduced into modal analysis of water-lubricated rubber stem bearing, bearing liner and bearing bush separately. The law of different structure and properties of material influences on the dynamic characteristic of water-lubricated rubber stem bearing was studied. Results show that the distribution of the natural frequencies of water lubrication stem tube rubber bearing is concentrated, its low modal is determined mainly by structure and material properties of lining, and higher modes mainly by the structure and properties of materials of bushing.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2011(036)009【总页数】5页(P10-13,23)【关键词】水润滑橡胶尾轴承;模态分析;动态特性【作者】金勇;田宇忠;刘正林【作者单位】上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240;武汉理工大学能动学院湖北武汉430063;中国船级社武汉规范研究所湖北武汉430022;武汉理工大学能动学院湖北武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U664.21作为船舶的关键部件，水润滑尾轴承常用材料为橡胶。
基于Fluent-BP神经网络的液体动静压轴承热特性分析石莹;王学智;刘金营;付吉海;张校通【摘要】针对液体动静压轴承运转发热复杂的问题,应用Fluent软件对液体动静压轴承进行CFD仿真分析,获得不同输入状态下的油膜温度场分布以及轴承运转时的平均温度和最高温度.并在此基础上通过正交试验将Fluent仿真与BP神经网络相结合,实现对任意输入参数下轴承工作温度的预测,并对转速与供油压力以及供油压力与供油温度的综合作用效果进行分析.结果表明,主轴转速对轴承作用的效果比较显著,当轴承在高转速状态下运行时,需要提供高的供油压力来保证轴承的正常运转;当供油压力下降和供油温度上升同时出现时,轴承运转温度骤升,必须谨慎对待.利用BP神经网络的泛化功能,以少量的样本,可得到均匀全面的网络训练样本点,从而能快捷有效地实现对液体动静压轴承的热特性分析.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2016(041)001【总页数】6页(P37-42)【关键词】液体动静压轴承;热特性;正交试验;BP神经网络【作者】石莹;王学智;刘金营;付吉海;张校通【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819;95905部队辽宁锦州121018;95905部队辽宁锦州121018;95905部队辽宁锦州121018【正文语种】中文【中图分类】TH133.3液体动静压轴承以其承载能力大、使用寿命长、动态特性好、结构刚度高等优点,广泛地用于重载精密机床[1-2]。
液体动静压轴承是依靠高的液体静压力和主轴高速旋转产生的动压力来实现对主轴支撑的,在液体动静压轴承运转时不管是由静压力产生的主轴油强迫流动,还是由高速旋转产生的伴随流动都会引起主轴油内部分子的黏性摩擦,都不可避免地引起轴承的发热,并且随着主轴转速的提高和运行时间的增长。
这种温升特性将会进一步加剧,进而影响到轴承的承载力以及润滑油的性能,严重时可产生“刮轴”甚至“抱轴”的事故。
基于FLUENT的液体动静压轴承的动态特性分析于天彪;王学智;关鹏;王宛山【摘要】Computational fluid dynamics software FLUENT was used to analyze the dynamic characteristics of five-chamber hybrid bearing, and the internal pressure and temperature field of hybrid bearing was obtained. The carrying capacity, temperature,stiffness,damping and other dynamic parameters were calculated,and the influence of eccentricity and speed on the dynamic parameters was analyzed. The results show that in the condition of oil pressure and bearing eccentricity constant, with the rotate speed increasing,the oil temperature rises,and the carrying capacity and the attitude angle increase; in the condition of oil pressure and rotate speed constant,with the increasing of eccentricity,the flow and the carrying capacity increase,and the attitude angle is essentially unchanged.%应用计算流体力学软件FLUENT对超高速磨削用五腔动静压轴承进行动态特性研究,得到动静压轴承内部压力场和温度场分布；计算轴承的承载力、温度、刚度、阻尼等动态参数,分析这些动态参数与偏心率以及转速之间的关系.结果表明:在保持供油压力和轴承偏心率不变的情况下,随着转速的提高,油温上升,轴承承载力及偏位角不断增大；在保持供油压力和主轴转速不变的情况下,随着偏心率的增大,轴承流量有所减少,轴承的承载能力不断增大,偏位角基本保持不变.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2012(037)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】动静压轴承;压力场;温度场;承载力;刚度;阻尼【作者】于天彪;王学智;关鹏;王宛山【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004;65559部队辽宁本溪117000;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004【正文语种】中文【中图分类】TH133.3超高速磨削技术的实现，需要综合提高各种零部件的性能和工装技术水平。
第21卷第13期系统仿真学报©V ol. 21 No. 132009年7月Journal of System Simulation Jul., 2009 水润滑轴承的动态仿真分析吴晓金，王家序，肖科，朱娟娟（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆 400030）摘要：利用有限元方法研究了水润滑轴承的三维模态及其应力分布规律和谐响应结果，模态频率与实验结果基本一致。
由水润滑轴承的物理模型建立其三维数值分析模型，并应用有限元工具求解，分析了外壳材料对特征频率的影响关系，并着重探讨了内外层材料结合对谐响应的影响规律，为降低试验成本以及材料设计和结构改进提供依据。
关键词：水润滑; 数值仿真; 模态; 谐响应中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2009) 13-4167-04Dynamic Simulation of Water Lubricated BearingWU Xiao-jin, WANG Jia-xu, XIAO Ke, ZHU Juan-juan(State Key Lab of Mechanical Transmissions, Chongqing University, Chongqing 400030, China)Abstract: Three-dimensional modal, stress distribution law and harmonic responsemodal of water-lubricated bearings were studied by using finite element method. The eigenfrequencies are nearly identical to the experimental results. 3D numerical analysis model was built according to the physical model of water-lubricated bearings and it was solved with the finite element software. The influence of outer shell material on the eigenfrequencies was analyzed and the influence law of the binding between inner rubber and outer shell materials on harmonic response was studied with much emphases. The results offer important basis for reducing experimental cost and improving material and structure design.Key words: water-lubricated; numerical simulation; modal; harmonic引言水润滑轴承具有独特的资源节约与环境友好优势，并在水下工作环境中得到了广泛地应用，因而对其的各项性能的研究也日趋活跃。
但由于其结构的特殊性及运行环境的复杂性等原因，利用有限元软件进行仿真研究相对困难，因而相关的研究成果鲜有报道。
而且，目前的研究大多集中在分析其弹流润滑机理上，并将其作为稳态问题来讨论，很少关注动态载荷对结构响应的影响，尤其有关材料设计和结构改进及其耦合效应方面的研究更少见于报道。
王家序等[1]提出了对水润滑轴承进行数值模拟的研究方法，吴晓金等[2]则在此基础上建立了一种数值分析模型，并获得了一些有意义的结论。
本文建立了一系列有限元计算模型[3]，并以此来研究水润滑轴承的结构和材料对其动态响应特性的影响，并最终得到其在模态和谐响应过程中的动态效应及其响应规律。
施加简单位移边界条件来分析模态响应，进而以时间历程载荷来分析水润滑轴承整体结构的谐响应特性，并着重讨论了影响特征频率的重要参数——外层复合材料铺层特性对特征频率的影响关系。
实验测试和有限元分析都说明施加在外壳上的激励振动载荷对结构有强烈的影响：当激励频率接近结构收稿日期：2007-11-15 修回日期：2008-01-18基金项目：国家自然科学基金 (50775230)；中韩合作项目NSFC-KOSEF (50611140547)；重庆大学研究生科技创新基金 (200609Y1A0040163) 作者简介：吴晓金(1974-), 男, 博士生, 研究方向为结构动力学仿真; 王家序(1954-), 男, 教授, 博导, 研究方向为机械磨擦学及表面工程; 朱娟娟(1981-), 女, 博士生, 研究方向为特殊与极端环境下机械工程复合材料成型加工; 肖科(1978-), 男, 博士生, 研究方向为机电系统及其传动。
的特征频率时将可能产生谐振，以及振动频率能否在内外层材料的结合面上出现耦合现象，这些仿真模拟结果对指导材料设计和结构改进有重要的参考价值。
1 分析模型单元划分及其类型选择在有限元分析中起着至关重要的作用，其直接影响求解的速度和精度，并最终决定分析过程的成败。
考虑到结构的对称性，建立八分之一实体模型；另外，由于沟槽的存在使结构不再规整，为得到高质量的网格，采用专业网络划分工具HYPERMESH，先形成端面网格再扫掠生成体单元，最后将单元信息输入到有限元分析软件中。
在运用ANSYS软件进行有限元分析的过程中，最重要的工作就是选择单元类型。
此次在分析三维实体模型时，为了得到较为精确的模拟结果并考虑到后续工作的需要，内层橡胶选择八节点六面体单元SOLID185，它的每个节点上有X、Y、Z三个方向上的平移自由度，可以用来做塑性、超弹性、应力硬化、蠕变、大变形及大应变等类型的分析，也可用来分析不可压缩弹塑性和超弹类材料；外层采用八节点六面体单元SOLID46来形成复合材料外壳[4]，内外层材料通过节点耦合结合在一起。
图1所示为轴承八分之一端面网格，轴向分为200段，整个模型包含779 880个节点和720 000个单元。
2 模态分析通过模态分析来确定结构或机械零件的振动特性，为动载条件下结构设计提供的重要参数，包括特征频率和模态振2009年7月 系 统 仿 真 学 报 Jul., 2009型等。
结构的动态特性用特征频率、特征振型、模态质量、模态刚度和模态阻尼比等模态参数来表征，其中最重要的是特征频率、特征振型和模态阻尼比。
由于模态参数可表明结构在哪几种频率下可能产生共振以及在各阶频率下的相对变形，因此研究模态参数对于改善结构的动态特性有着重要意义。
从数学概念来说，结构模态是由系统特征值和特征向量来确定的振动特性的一种表征，因此求解系统的特征频率和振型也就是求解系统的特征值和特征向量。
在ANSYS 中，模态分析是忽略了非线性因素线性分析。
动态有限元法是求解复杂结构特征值问题的有效方法[5]，本节将用其对水润滑轴承系统进行特征值分析，计算其特征频率和振型[6]。
典型无阻尼结构自由振动的运动方程是[]{}[]{}{0}M XK X += (1) 式中，[M ] 是质量矩阵，[K ]表示刚度矩阵，{X }代表位移向量，{}X为加速度向量。
如果设定{}{}sin()X t ϕωφ=+ ，则2{}{}sin()Xt ωϕωφ=−+ (2) 将(2)式代入(1)式中，可推导出结构振动的特征方程2([][]){}{0}K M ωϕ−= (3)模态分析的主要任务是计算上式中的特征值i ω和相应的特征向量{}i ϕ。
计算模型的材料参数和结构参数如表1-3所示。
表1 材料参数弹性模量 剪切模量 泊松比 密度 材料E / MPaG / MPa vρ/103kg/mm 3黄铜 93000 37000 0.32 8.5×10-9橡胶 7.8410.47 1.24×10-9表2 外壳复合材料参数弹性模量剪切模量泊松比密度 参数sE 11 /GPa E 22 /GPa E 33 /GPa G 12 /GPa G 13 /GPa G 23/GPav 12 v 13 v 23ρ /kg/mm 3值 140 10 10 7 7 3.36 0.3 0.3 0.49 1.32×10-6表3 轴承结构参数外径 内径 长度 外壳厚度参数R 1/mmR 2/mmL /mmD /mm值 225 180 225 10采用ANSYS 默认的Block Lanczos 迭代法对水润滑轴承进行模态分析：①自由模态，仅在两对称面上施加对称位移边界条件；②约束模态，除对称面上的对称位移边界条件外，还在外壳最外层节点上施加X 向零位移约束（柱坐标系），不考虑结构阻尼。
表4和表5列出了自由模态和约束模态下从一到二十阶特征频率的计算结果。
表4 自由模态特征频率阶次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10频率0 220.3342.2316.9967.8 999.1 1018 102510281048阶次1112131415 16 17 18 1920频率10501068109411021105 1137 1152 115511621168表5 约束模态特征频率阶次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10频率0 1010102310471048 1068 1083 110611181132阶次1112131415 16 17 18 1920频率11651182120312041215 1234 1247 125412551264分析表4和表5表明约束模态各阶特征频率都比自由模态高，尤其低阶时差异相当明显。
自由模态是用来验证模型的正确性和实用性的，而约束模态中施加的约束状态是使用工况下的真实约束。
接下来的计算分析结果，仅针对约束模态。
图2所示为第二十阶模态振型和应力分布结果。
分析计算结果表明，随着模态阶次的提高，振型越来越复杂，而且应力分布状态也发生明显的变化：在低阶（一到八阶）模态应力只在模型两端的橡胶内层出现集中分布，橡胶内层中间的大部分区域以及外层复合材料的模态应力分布是均匀的；而对于高阶模态（十二阶以上）开始出现应力分段分布，而且阶次越高，分段的段数也越多，二十阶模态应力分布分段达到三段，如图2所示。
图2 第二十阶模态振型及应力分布另一方面，为节约重金属，在结构设计时考虑用复合材料代替黄铜作为水润滑轴承的外壳。
本文研究连续缠绕成型的对称铺层复合材料在不同缠绕角度下对模态特征频率的影响。
当外壳材料为黄铜时，其密度从8g/cm 3到9 g/cm 3，及其弹性模量在90GPa 到97GPa 范围内变化时，除二阶模态特征频率有微小变化外，对于二阶以上模态特征频率基本没有影响；另外，如果将外壳材料由工程复合材料替代，将图1 端面网格外壳(复合材料或黄铜)橡胶内层 JAN 15 200811:20:39NODAL SOLUTIONSTEP=1 SUB=20 FREQ=1264 SY (A VG) RSYS=0DMX=163.295 SMN=-132.667 SMX=135.635Y XZ-132.667-102.856-73.044-43.233-13.422 16.39 46.201 76.013 135.635105.8242009年7月 吴晓金，等：水润滑轴承的动态仿真分析 Jul., 2009对整个模型的各阶模态特征频率产生影响，如图3所示。
