油气两相流润滑静压油垫轴承承载机理研究

发布时间：2017-10-08 15:40

  本文关键词：油气两相流润滑静压油垫轴承承载机理研究

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【摘要】：滑动轴承具有较高的回转精度、良好的阻尼特性和抗振性、无磨损寿命长等优点,依然是高速精密磨床、车床以及高速精密加工中心主轴轴承技术的重要选择。传统的空气滑动轴承转速高,但承载性能差。液体滑动轴承则承载性能好,但转速较低。这些差异性限制了高速大负载精密机床主轴轴承技术的发展,影响了我国高速大负载精密装备技术进一步提高。油气两相流润滑作为一种新型润滑技术,相对于传统单相流体润滑具有优良的冷却性能和润滑性能,而且耗油量低、润滑效率高、经济又环保,已在多个润滑领域得到应用。目前,油气润滑技术成功应用于静压轴承尚未见到公开报道。国内外关于油气两相流动压轴承的研究虽有所报道,但润滑效果存在较大差异。分析原因是油气两相流粘度特性和流变特性十分复杂,两相流润滑研究理论相对缺乏,通过实验在不同的研究工况下得到的结果差别较大。但研究表明油气润滑技术应用于滑动轴承总体是有效的。本论文研究将油气润滑技术应用于静压轴承。油气介质通过正确输送,在轴承间隙中发生流变效应,形成稳定、均匀的油气两相膜,实现良好的承载能力,高速流动的压缩空气可高效的带走摩擦热量。研究的目的是发展新型的滑动轴承润滑技术,提高滑动轴承的综合性能。由于相关理论研究不够成熟,尚没有形成有效的静压轴承油气润滑理论,本文试图从静压轴承油气两相膜承载机理入手,通过仿真和实验的方法,开展相关基础性研究。论文从以下几个方面开展相关工作：1.建立静压油垫轴承结构,模拟轴承的润滑工况,借鉴并改进旋转式粘度测试方法,建立油气两相流粘度模型。通过理论研究,推导滑动轴承油气两相流润滑的Reynolds修正方程。静压轴承为多点润滑,润滑工况对润滑介质的稳定性和均一性要求苛刻,为此提出联合仿真的方法,基于VOF理论建立多相流模型,研究轴承间隙中油气两相膜分布形态,探寻适合静压轴承润滑结构的油气两相流比例含量,在此基础上对油气两相膜静态承载特性进行仿真研究。2.油气润滑系统由油气两相流发生、输送装置和润滑结构组成,需要研究输送管内油气两相流流型及其特点,探寻适合静压轴承润滑结构的流型。论文利用联合仿真的方法,进行输送管内形成油气环状流的仿真研究,研究气相速度和液相速度对输送管内油气环状流形成的影响。结合油气两相流理论,揭示输送管内油气环状流转变机理,更好的满足静压轴承润滑工况。3.根据静压轴承工作特点,研究油气润滑系统中的关键零部件,确定实验静压油垫轴承的设计参数和润滑工况,建造静压油垫轴承浮起实验台,为实验台配备相匹配的油气润滑系统。4.在静压油垫轴承浮起实验台上开展油气两相膜静态承载实验研究,验证理论分析结果。在各个载荷工况下,测量实验轴浮起位移量作为性能指标,以油气两相流含油率,润滑油粘度,节流孔尺寸,及轴承间隙作为实验变量开展实验研究,得到静压油垫轴承位移-载荷曲线和位移-刚度曲线。并与单相流体(气或液)润滑工况进行对比。
【关键词】：静压轴承 油气润滑 油气两相流 静态承载性能 流变特性
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.31
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 目录9-12
• CONTENTS12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题研究背景与意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-17
• 1.3 滑动轴承润滑技术发展趋势17-18
• 1.4 研究内容与特色18-21
• 1.4.1 主要研究内容18-19
• 1.4.2 研究特色19-21
• 第二章 油气润滑技术与系统组成21-30
• 2.1 油气润滑技术21-23
• 2.1.1 油气润滑技术原理22
• 2.1.2 油气润滑技术特点22-23
• 2.2 油气润滑发生系统组成23-29
• 2.2.1 供油单元25-27
• 2.2.2 供气单元27
• 2.2.3 油气混合单元27-28
• 2.2.4 油气输送单元28
• 2.2.5 电控装置28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 静压轴承油气两相流润滑理论30-51
• 3.1 油气两相流理论模型30-32
• 3.1.1 油气两相流密度模型30-31
• 3.1.2 油气两相流粘度模型31-32
• 3.2 油气两相流润滑理论32-34
• 3.2.1 基本假设33
• 3.2.2 Reynolds方程修正33
• 3.2.3 无量纲化33-34
• 3.3 实验静压油垫轴承设计34-35
• 3.4 Solidworks与Fluent15.0联合仿真方法35-39
• 3.4.1 CFD概述35-36
• 3.4.2 联合仿真方法36-37
• 3.4.3 模型分块处理与网格划分37-38
• 3.4.4 动态链接38-39
• 3.5 实验油垫轴承间隙内油气两相流仿真39-49
• 3.5.1 轴承间隙中油气两相膜形态仿真分析40-43
• 3.5.2 油气两相膜静态承载性能仿真分析43-46
• 3.5.3 油气两相膜静态承载机理46-47
• 3.5.4 仿真过程监测与结果验证47-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第四章 输送管内油气环状流联合仿真51-68
• 4.1 油气两相流与VOF界面追踪技术51-55
• 4.1.1 油气环状流及其特点51-52
• 4.1.2 油气两相流控制方程52-54
• 4.1.3 VOF界面追踪技术54-55
• 4.2 仿真模型与网格划分55-57
• 4.2.1 Solidworks 3D造型55-56
• 4.2.2 模型网格划分56-57
• 4.3 参数设置和仿真计算57-58
• 4.4 输送管内油气环状流界面仿真分析58-66
• 4.4.1 气相速度为25m/s工况仿真58-61
• 4.4.2 气相速度为30m/s工况仿真61-63
• 4.4.3 气相速度为35m/s工况仿真63-66
• 4.5 油气环状流转变机理66-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 油垫轴承静压浮起实验68-79
• 5.1 静压油垫轴承浮起实验台68-72
• 5.1.1 轴承实验台68-70
• 5.1.2 小孔节流器结构与安装方式70-71
• 5.1.3 载荷施加装置71
• 5.1.4 LVDT位移数据采集系统71-72
• 5.2 实验方法与步骤72-73
• 5.3 实验研究73-77
• 5.3.1 含油率对油气两相膜静态承载性能的影响73-75
• 5.3.2 节流孔直径对油气两相膜静态承载性能的影响75-76
• 5.3.3 轴承间隙对油气两相膜静态承载性能的影响76-77
• 5.3.4 润滑油粘度对油气两相膜静态承载性能的影响77
• 5.4 本章小结77-79
• 总结与展望79-81
• 参考文献81-85
• 攻读学位期间发表的论文85-87
• 致谢8

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本文编号：994866