基于微细加工表面织构的滑动轴承润滑特性研究

发布时间：2017-09-20 13:18

  本文关键词：基于微细加工表面织构的滑动轴承润滑特性研究

  更多相关文章： 织构 滑动轴承 滑块轴承 动压润滑特性 CFD 空化效应

【摘要】：面对日益突出的能源问题,表面微织构由于具有良好的疏水减阻特性因而得到重视,并已成为传统高能耗产业节能降耗的有效途径。论文主要关注微织构对滑动轴承动压润滑特性的改善,即在轴瓦壁面加工矩形微织构,探究织构的参数对滑动轴承承载力、壁面剪切力、空穴区域等因素的影响及作用机理。首先对径向滑动轴承光滑壁面油膜模型进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)计算,发现油膜发散楔存在负压强区,与实际工况显然不符。进而考虑计入空化效应,采用混合物模型(Mixture)进行“气—油”两相流模型CFD计算并分析了压强、速度、气相体积分数等相关参数。发现过低的负压强会引起空化现象,生成的气穴主要分布在发散楔区域,空泡初生在最小油膜厚度区域,随轴颈的转动被带到油楔厚度大的区域并得到发展,最终在最大油膜厚度附近区域溃灭消失。其次考虑到织构模型网格划分和计算的便利,将径向滑动轴承油膜模型拆分为收敛楔和发散楔两个简化的滑块轴承油膜模型,分别对应油膜的收敛区和发散区。对于收敛楔织构化滑块轴承,对比分析了织构区域、排布方向和几何参数对润滑特性的影响,寻求提高承载力、降低壁面剪切力的更佳织构模型方案;发散楔织构化滑块轴承对应轴承发散区,因此需要降低其油膜承载力,同时要考虑微织构对空穴分布的影响。对织构化收敛楔滑块轴承的研究发现:局部织构的承载能力优于全局织构;对于顺向的局部织构,当织构区域的起点位置在收敛楔入口附近,终点位置布置在最大油膜压强处时,可以获得最佳的承载能力;局部织构布置在出口处且增大织构区域长度能够获得更佳的减阻率。对织构化发散楔滑块轴承的研究发现:微织构会降低减阻率,提高承载力,但发散楔轴承是以降低承载力为目标;微织构改变了对应区域气穴的分布状态,垂向织构时还会使对应区域气穴分布函数出现高振幅的波动。最后,利用微细铣削手段在直径60mm的轴瓦表面加工出矩形微织构,并实验得到了油膜压强分布状况。实验结果表明所加工的矩形织构可有效提升油膜压强值,尤其是织构区域所对应的油膜压强有显著提升,此外实验所测转速范围内测得的油膜剪切力均低于光滑轴瓦,获得显著的减阻效果。
【关键词】：织构 滑动轴承 滑块轴承 动压润滑特性 CFD 空化效应
【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;TH117.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 选题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 表面织构润滑性能研究现状10-14
• 1.2.1 表面织构对润滑性能的主要影响因素11-13
• 1.2.2 滑动轴承表面织构润滑机理的研究13-14
• 1.2.3 研究现状分析14
• 1.3 课题主要研究内容14-16
• 第2章 轴承壁面织构润滑机理及其流体动力学建模16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 轴承动压润滑的基本理论16-22
• 2.2.1 动压润滑的基本概念16-17
• 2.2.2 流体力学基本方程的简化17-19
• 2.2.3 润滑膜提供承载能力的机理19-22
• 2.3 基于CFD滑动轴承初步求解22-26
• 2.3.1 滑动轴承油膜模型构建22-23
• 2.3.2 网格划分23-24
• 2.3.3 雷诺数的判断24-25
• 2.3.4 模型求解策略25
• 2.3.5 后处理分析25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 收敛楔滑块轴承表面织构润滑特性的仿真27-48
• 3.1 引言27
• 3.2 滑块轴承油膜模型构建27-30
• 3.2.1 构建滑块轴承模型的原因27
• 3.2.2 光滑模型的初步计算27-29
• 3.2.3 织构化模型的建立29-30
• 3.3 全织构模型润滑特性计算结果研究30-37
• 3.3.1 织构深度对润滑特性的影响30-32
• 3.3.2 织构宽度对润滑特性的影响32-34
• 3.3.3 速度对润滑特性的影响34-37
• 3.4 局部织构模型润滑特性计算结果研究37-47
• 3.4.1 局部织构模型的建立和初步探究37-40
• 3.4.2 顺向局部织构模型的润滑特性40-44
• 3.4.3 垂向局部织构模型的润滑特性44-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 空化效应作用下轴承润滑特性的仿真48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 计入空化现象的径向滑动轴承计算48-52
• 4.2.1 轴承空化现象概述48-49
• 4.2.2 理论模型的选取49-50
• 4.2.3 模型求解策略50-51
• 4.2.4 后处理分析51-52
• 4.3 发散楔滑块轴承全织构模型润滑特性研究52-57
• 4.3.1 CFD算法的选取52-53
• 4.3.2 顺向全织构模型的润滑特性53-55
• 4.3.3 垂向全织构模型的润滑特性55-57
• 4.4 发散楔滑块局部织构模型润滑特性研究57-63
• 4.4.1 顺向局部织构模型的润滑特性57-60
• 4.4.2 垂向局部织构模型的润滑特性60-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 滑动轴承表面织构的微细加工及相关润滑特性实验研究65-75
• 5.1 引言65
• 5.2 实验设备与试件65-69
• 5.2.1 滑动轴承实验台简介65
• 5.2.2 实验台工作原理65-68
• 5.2.3 轴瓦内壁面微织构加工68-69
• 5.3 实验设计与结果分析69-74
• 5.3.1 实验设计69
• 5.3.2 光滑壁面轴瓦实验结果69-70
• 5.3.3 织构化壁面轴瓦实验结果70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

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本文编号：888287