计及应力偶与表面形貌效应的磁流体轴承润滑性能研究

发布时间：2022-04-25 20:58

　　磁流体轴承是一种以磁流体作为润滑介质的新型轴承技术,由于其具有良好的自密封性、可控性及回转精度高、振动噪声小等优异性能,被广泛应用于高速列车曳引电机等领域。磁流体轴承润滑特性规律是其设计研发的重要理论依据,然而国内外大量研究工作主要集中于单一效应的影响。为了更加准确预测多重影响效应下磁流体轴承的润滑性能,本文综合考虑润滑介质自身流变特性及磁流体轴承摩擦界面的微观形貌,对其润滑性能展开深入研究,为磁流体轴承的设计研发及工程应用提供了重要的指导和参考。首先,以水基A01磁流体作为润滑剂,结合流体动压润滑理论及磁流体动力学方程,推导出广义磁流体润滑Reynolds方程,基于有限差分法对雷诺方程和膜厚方程耦合求解,为验证数值结果的准确性,通过CFD方法对其磁流体域仿真模拟。通过两种方法的数值对比,结果表明:正压区及空化区边界分布形态较明显,沿中截面λ=0具有对称性;磁力系数增大使各点压力水平增强,并且空化破裂初始点右移,空穴边界轮廓逐渐缩小;两种结果具有较好的一致性,表明数值方法的可行性及理论模型的正确性。其次,以牛顿磁流体润滑理论为基础,基于Stokes微连续理论推导出引入应力偶效应的非牛顿... 

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
本论文所用主要符号说明
第一章 绪论
    1.1 磁流体及磁流体轴承概述
        1.1.1 磁流体概论
        1.1.2 磁流体轴承原理及特性
    1.2 课题的研究背景与意义
    1.3 磁流体轴承的研究进展
        1.3.1 国外研究动态
        1.3.2 国内研究动态
    1.4 本文研究内容及技术路线
第二章 磁流体轴承润滑理论基础
    2.1 流体润滑油膜形成原理
        2.1.1 滑动轴承流体润滑理论的形成
        2.1.2 润滑油膜形成机理
    2.2 磁流体润滑轴承的数学模型
        2.2.1 磁流体动力学方程
        2.2.2 磁流体润滑Reynolds方程基本假设
        2.2.3 磁流体润滑Reynolds方程推导
        2.2.4 磁流体膜厚方程
        2.2.5 磁流体黏度方程
        2.2.6 压力边界条件
        2.2.7 润滑膜性能参数的计算
    2.3 本章小结
第三章 水基磁流体轴承数值分析
    3.1 基于有限差分法求解Reynolds方程
        3.1.1 雷诺方程的无量纲化
        3.1.2 边界条件的引入
        3.1.3 控制方程的离散化
        3.1.4 超松弛迭代法及收敛准则
        3.1.5 载荷及偏位角的求解
        3.1.6 计算程序流程图
        3.1.7 算例及结果分析
    3.2 基于CFD方法的磁流体轴承数值模拟
        3.2.1 模型建立和网格划分
        3.2.2 求解设置及边界设定
        3.2.3 仿真结果分析
    3.3 计算结果对比及程序验证
    3.4 本章小结
第四章 计入应力偶效应的磁流体轴承润滑性能分析
    4.1 数学模型
        4.1.1 计及应力偶的磁流体润滑雷诺方程
        4.1.2 压力边界条件的引入
        4.1.3 数值求解方法
        4.1.4 轴承的性能参数
    4.2 计算结果与分析
        4.2.1 润滑膜压力分布
        4.2.2 承载能力分析
        4.2.3 偏位角分析
        4.2.4 摩擦力及摩擦系数分析
        4.2.5 端泄流量分析
    4.3 本章小结
第五章 粗糙表面形貌下非牛顿磁流体轴承性能分析
    5.1 Gauss随机粗糙表面的模拟
        5.1.1 表面模拟的基本理论
        5.1.2 高斯随机粗糙面数学模型
        5.1.3 模型仿真及结果分析
    5.2 考虑粗糙纹理的磁流体轴承数学模型
        5.2.1 液膜厚度方程
        5.2.2 广义的随机非牛顿雷诺方程
        5.2.3 方程的无量纲化
    5.3 数值求解及模型验证
    5.4 计算结果与分析
        5.4.1 粗糙模型下不同参数对压力分布的影响
        5.4.2 粗糙模型下不同参数对承载力的影响
        5.4.3 粗糙模型下不同参数对偏位角的影响
        5.4.4 粗糙模型下不同参数对摩擦系数的影响
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文主要内容及结论
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]滑移边界对空气轴承性能的影响研究[J]. 胡嘉麟,高金海,黄恩亮,崔垒,郭宝亭.  推进技术. 2017(06)
[2]基于蒙特卡罗方法的随机粗糙表面仿真[J]. 于小宁.  价值工程. 2017(08)
[3]中国高速铁路技术创新能力提升研究[J]. 何卫平,牛瑾.  山西建筑. 2017(03)
[4]基于CFD的磁流体轴承润滑膜特性分析[J]. 李婷,马吉恩,章禹,方攸同.  中国机械工程. 2016(07)
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博士论文
[1]计入非牛顿、变形及表面形貌效应的动载轴承热流体动力润滑分析[D]. 张振山.上海交通大学 2014
[2]磁流体密封液体中动力学界面稳定性的研究[D]. 钱济国.中国矿业大学 2009
[3]纳米磁性液体黏性和流体润滑力学性能研究[D]. 王利军.中国矿业大学 2008

硕士论文
[1]磁流体润滑油膜的数值求解与实验研究[D]. 张艳娟.太原科技大学 2015
[2]磁流体轴承润滑特性研究[D]. 李婷.浙江大学 2015
[3]油膜轴承磁流固多场耦合润滑机理与性能研究[D]. 康建峰.太原科技大学 2014
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[5]水基磁流体润滑轴承的弹流润滑分析[D]. 史修江.青岛理工大学 2013
[6]磁流体轴承润滑特性数值计算与仿真[D]. 金帅.浙江大学 2013
[7]超高压油泵浮动衬套滑动轴承承载能力研究[D]. 袁吉贵.上海交通大学 2010
[8]三维粗糙表面的表征及其气体密封性能研究[D]. 任晓.大连理工大学 2009
[9]计入曲轴受载变形的粗糙表面曲轴轴承弹性流体动力润滑分析[D]. 王震华.合肥工业大学 2007
[10]电流变滑动轴承润滑模型及数值研究[D]. 张准.清华大学 2002



本文编号：3648328