基于FLUENT的纵向沟槽水润滑轴承流体润滑数值分析

发布时间：2020-04-25 09:13

【摘要】： 与金属轴承相比,水润滑轴承一般由非金属材料制成,有较好的防振、耐泥沙、耐磨等特性,特别是能避免因密封泄露而污染江河湖海水环境的状况,因而得到了广泛的应用。在润滑机理的研究上,由于水润滑轴承具有纵向的沟槽,因而建立准确的润滑模型存在很大的困难。此外,由于橡胶合金弹性模量较低,即使在轻载下,也会发生明显的弹性变形,从而使得水润滑橡胶合金轴承的润滑机理更具有复杂性。本文针对水润滑轴承的特点,结合现有对水润滑轴承的润滑机理研究的理论基础及实践经验,建立水润滑轴承的简化润滑模型,对其润滑机理做了初步的探索研究。本文研究来源于国家自然科学基金面上项目“大尺寸高比压水润滑轴承系统的创新设计理论与方法(项目编号50775230)。”主要从以下几个方面对水润滑橡胶合金轴承的润滑机理进行了研究: 对弹性接触问题进行了理论分析,从流体力学的连续性方程和Navier-Stokes方程出发,推导了简化条件下的雷诺方程,水润滑橡胶合金轴承的弹性变形及水膜厚度方程,从理论上对水膜的形成机理及水润滑轴承润滑机理进行了分析。利用FLUENT软件对水润滑橡胶合金轴承的润滑模型进行数值模拟,计算了带有沟槽的水润滑轴承压力分布及速度分布,并在此基础上深入探讨了橡胶的弹性变形,定性地分析了压力对橡胶弹性变形的影响,从而完善了水润滑橡胶合金轴承的弹性流体动压润滑理论。研究表明,在收敛楔形内,橡胶衬层各个工作面上的压力较大,形成了相互独立的压力峰,这种压力峰使得工作面中心区凹陷,有利于水囊的形成,从而大大促进流体润滑膜的形成。通过实验测试不同转速和载荷下水润滑轴承的摩擦系数,根据摩擦系数绘出了不同载荷及转速下的streibeck曲线,并与经典streibeck理论曲线进行对比,从而分析了水润滑轴承在不同的条件下的润滑状态。通过分析发现,重载下(1000N)水润滑橡胶合金轴承在低速(1000rpm)时工作于混合润滑状态,高速(1000rpm)时工作于弹流润滑状态,而载荷对润滑状态的改变影响较小。
【图文】：

流体流动,连续性,流出量,流量

量方程向和沿 y 方向单位宽度的流量分别为xq 、yq ，利用式(2.2)和积分，则有： ++ == ++ == ∫∫2()122()1212301203hUUyhpqvdzhUUxhpqudzhyhxηη续方程体柱高为h，底为dxdy (如图 2.2 所示)，流体以单位宽度流量入柱内。柱宽为dy ，流量为 qdyx，单位宽度流量沿x方向的变左面单位宽度上的流出量为： dxdyxqqxx() + ；沿 y 方向单位柱长为 dx ，，是容积流量为 qdxy，流出量为： dydxyqqyy() + 。柱顶各以1W 和2W 向上运动，则柱体容积的变化率为 (W W)12

弹性变形,轴承,过渡区域,橡胶

其中m自于实验结果，通过适当的实验测量，这些常数也可以用于带有沟槽的粗糙平的计算。Hirs 的总体流动模型包含了流体的惯性效应，作为环形密封及外部供压轴承预测，该模型已被广泛的接纳。Ng，Pan，Elrod 模型及 Hirs 模型对高雷诺数湍流状态的预测几乎相同，但是过渡区域及过渡区域附近出现了差异。2.3 弹性变形方程的建立水润滑橡胶合金轴承区别于一般金属轴承的重要特征之一是橡胶合金即使在载下也可以产生较大的弹性变形。由于水润滑轴承的长径比一般都为 4，可以视无限长圆柱的接触，实际润滑区的宽度远远小于轴承的半径，所以研究表面变时可把轴承润滑区表面当作是半无限体的表面。这种变形在弹性力学当中属于面应变问题。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.3

【引证文献】