高速轻载滑动轴承温升特性分析

发布时间：2017-09-08 08:37

  本文关键词：高速轻载滑动轴承温升特性分析

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【摘要】：当旋转机械工作时,润滑油流入到轴颈与轴瓦之间,起到润滑作用,将两者的表面分离开,防止壁面直接碰摩,由于轴颈旋转作用,在轴瓦与轴颈最小油膜间隙处产生动压效应,润滑油由于与轴颈摩擦产生热量,再加上润滑油的粘性耗散也生成热量,轴承内的温度将会升高,若轴承内温度过高将直接影响到轴承腔内的润滑油流量以及轴承的承载能力,严重时可能会造成系统不能正常运行,因此,如何防止轴承内温升过高已经成为重要的研究课题。本文以三维滑动轴承流场计算以及轴承内气穴计算为理论基础,主要对轴承长度变化、半径间隙变化以及在轴承上下轴瓦开油槽对轴承温升的影响进行了探讨,并在温度场稳态求解的基础上,计算了与本文工作转速同频下的轴承动态特性系数。本文具体的研究内容以及结果如下:首先通过对流场计算的基本方程进行离散化处理,结合气穴计算方程,得到本文分析轴承温升的理论基础,建立文章研究所用到的滑动轴承三维计算模型,利用CFX软件计算轴承的油膜压力值、油膜温度值以及气相体积分数值,对网格无关性进行了验证,并且通过文献中的试验结果与采用本文分析方法的计算结果进行了对比,确定本文分析轴承温升时所用方法的准确性。然后分析了在不同气穴压力下对轴承内气穴分布的影响以及对轴承温升的影响,当气穴压力逐渐增大的过程中,产生气穴的区域在逐步增大,最大气相体积分数值也是逐渐增大,而轴承内油膜温度分布区域基本不变,最高油膜温度值变化不大,最大油膜压力值有所减小;同时分析了随着轴承长度变化、轴承半径间隙变化对轴承温升的影响规律,计算结果表明,随着轴承长度的增加和半径间隙的增大,轴承内最高油膜温度值、最大油膜压力值均是降低的,轴承内最大气相体积分数值是增大的。其次分析了当轴颈偏心率一定的情况下,油槽结构对轴承温升产生影响。首先对比无油槽和上下轴瓦均开油槽的计算结果,验证了轴承内开油槽对于控制轴承温升的重要性。然后分别分析了上轴瓦油槽角度、宽度变化和下轴瓦油槽角度、宽度变化对轴承温升影响的原因,其次分析了改变下轴瓦油槽深度对轴承温升的影响。由计算结果可知,随着上轴瓦油槽角度在45°~180°变化时,轴承内最高油膜温度值变化不大,轴承内最大油膜压力值增大了约16%,当上轴瓦油槽角度为0°~135°变化时,最大气相体积分数值均在0.99左右,而当油槽角度为180°时,最大气相体积分数值降低为0.8左右;随着上轴瓦油槽宽度在15mm~20mm变化时,轴承内油膜温度逐渐下降,最高油膜温度值降低约4%,最大油膜压力值增大了约14%,最大气相体积分数值减小了约13%;随着下轴瓦油槽角度在45°~180°变化时,最高油膜温度值减小约3%,承载区内开油槽使得油膜厚度增大,油膜压力分布形状改变,最大油膜压力值减小约65%,当下轴瓦油槽角度为0°~135°,轴承内产生气穴的区域基本相同,当油槽角度为180°时,产生气穴的区域有所减少,最大气相体积分数也略有降低;随着下轴瓦油槽宽度在15mm~20mm变化时,轴承内最高油膜温度值变化不大,轴承内最大油膜压力值降低约2%,最大气相体积分数值均在0.8左右;当下轴瓦油槽深度在0.1mm~2mm变化时,轴承内最大油膜压力值、最高油膜温度值以及最大气相体积分数值都是逐渐降低的。接着对下轴瓦油槽宽度的变化使得轴颈偏心率发生变化时对轴承温升的影响进行了分析。随着下轴瓦油槽宽度在15mm~20mm增大时,轴颈偏心率也随之增大,轴承内最高油膜温度值增大了约0.7%;轴承内最大油膜压力值增大了约13%;最大气相体积分数值增大了约5%。最后在基于考虑气穴效应和温度场的稳态求解的基础上,利用简谐激励原理和CFD动网格技术求解了与本文工作转速同频率下滑动轴承动态特性系数,同时分析了对轴颈x方向和y方向分别施加位移激励后,轴承内油膜温度和油膜压力在不同时刻的变化规律。
【关键词】：气穴效应 油膜温度场 油膜压力场 动力学特性 动网格
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.31
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 滑动轴承的结构分类9-10
• 1.2.2 滑动轴承的气穴研究10-11
• 1.2.3 滑动轴承的温升特性研究11-13
• 1.2.4 滑动轴承动态特性研究13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 滑动轴承流场计算模型的建立16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 流场计算的基本方程16-17
• 2.3 气穴计算方程17-18
• 2.4 计算方程的离散形式18-21
• 2.4.1 输运方程的一般形式18-19
• 2.4.2 输运方程的离散19-21
• 2.5 流场计算的假设与边界条件21
• 2.6 流场计算模型的建立与网格无关性验证21-23
• 2.6.1 流场计算模型与计算参数21-22
• 2.6.2 网格无关性验证22-23
• 2.7 本章小结23-25
• 第3章 滑动轴承温升特性研究25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 轴承内温升产生机理25-26
• 3.3 气穴压力对滑动轴承温升的影响26-28
• 3.4 轴承长度变化对轴承温升的影响分析28-32
• 3.5 半径间隙变化对轴承温升的影响分析32-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 油槽对滑动轴承温升的影响36-54
• 4.1 引言36
• 4.2 油槽对轴承温升的影响36-37
• 4.3 上轴瓦油槽对轴承温升的影响37-42
• 4.3.1 上轴瓦油槽角度对轴承温升的影响38-40
• 4.3.2 上轴瓦油槽宽度对轴承温升的影响40-42
• 4.4 下轴瓦油槽对轴承温升的影响42-47
• 4.4.1 下轴瓦油槽角度对轴承温升的影响42-45
• 4.4.2 下轴瓦油槽宽度对轴承温升的影响45-47
• 4.5 油槽深度对轴承温升的影响47-49
• 4.6 偏心率变化时下轴瓦油槽宽度对轴承温升的影响49-52
• 4.7 本章小结52-54
• 第5章 考虑温度场时求解轴承动态特性参数54-73
• 5.1 引言54-55
• 5.2 轴承动态特性参数计算原理55-57
• 5.3 轴承动态特性参数计算57-71
• 5.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果79-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 富彦丽,马希直,朱均;圆轴承三维热流体动力润滑的研究[J];航空动力学报;2002年04期

2 ;Experimental investigation of time-dependent cavitation in an oscillatory squeeze film[J];Science in China(Series G:Physics,Mechanics & Astronomy);2004年S1期

3 王鸷;任兴民;康召辉;邓旺群;;浮环轴承轴颈与浮环同步进动之油膜特性研究[J];机械科学与技术;2011年02期

4 熊万里;侯志泉;吕浪;阳雪兵;袁巨龙;;基于动网格模型的液体动静压轴承刚度阻尼计算方法[J];机械工程学报;2012年23期

5 刘鸣,姜元平;考虑空穴因素的动载滑动轴承动态特性分析研究[J];润滑与密封;2004年04期

6 邹文辉,徐华,周建军,马希直;轴向槽轴承的绝热瞬态特性分析[J];润滑与密封;2005年04期

7 安琦,周银生,顾大强;气油两相流对滑动轴承油膜压力分布的影响[J];石油学报(石油加工);1997年03期

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本文编号：813011