流体动压滑动轴承静特性研究

发布时间：2020-10-27 22:48

　　 径向滑动轴承被广泛应用于汽轮机、燃气轮机、齿轮箱等动力传输系统中，具有承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等突出特点。对滑动轴承的温升控制是保证滑动轴承承载能力、定位精度的必要条件，随着工程应用对高转速、高载荷滑动轴承的需求，滑动轴承轴瓦温升问题逐渐成为人们关心的焦点。本文以径向滑动轴承为研究对象，采用理论计算与试验相结合的方法，深入分析了滑动轴承的静特性及影响因素，为滑动轴承的优化设计提供了理论基础。本文主要工作内容如下： (1)论文详细介绍了滑动轴承静特性、润滑方式、油膜空穴、结构形式的国内外研究现状。建立了描述滑动轴承流场的输运方程，并考虑了滑动轴承油膜的空穴效应及润滑油的粘温效应，利用SIMPLE算法求解了控制方程，验证了网格独立性，并与以往学者的研究成果进行了对比。 (2)论述了滑油粘性耗散、滑油粘温特性、滑油通流特性之间的耦合关系，分析了滑动轴承内滑油润滑冷却的换热机理，进一步通过对比计算说明在滑动轴承流场计算中，考虑滑油粘温效应的必要性及重要性。计算并分析了供油压力、供油温度、空穴压力对滑动轴承静特性的影响，以及油膜压力、轴瓦温度、空穴气相体积分数等参数的分布变化规律。 (3)分析了周向凹槽和轴向微尺度凹槽对滑动轴承静特性的影响规律。结果表明，周向凹槽对滑动轴承的影响体现在两个方面，当凹槽深度小于毫米量级时，周向凹槽对静特性影响较小，当凹槽深度处于毫米量级时，影响较大，在承载区开有毫米量级周向凹槽会降低滑动轴承的静特性，而在非承载区开有毫米量级周向凹槽会提高滑动轴承的承载力。轴向微尺度凹槽会降低滑动轴承的静特性。 (4)为了进一步研究周向凹槽结构变化对轴承静特性的影响机理，本文分析了滑动轴承中的二次流。首先研究了同心圆筒以及顶盖驱动流场中的涡结构，进一步分析了滑动轴承中的涡流，包括油膜流场的泰勒涡以及由于剪切流动在凹槽内形成的驱动涡。当滑动轴承轴瓦开有凹槽后，随着Re的增大，凹槽内开始出现Taylor涡旋，Taylor出现后滑动轴承的换热能力得到提高。由于受到主轴运动的剪切作用，当轴瓦周向凹槽尺度在毫米量级时，滑动轴承轴瓦凹槽内的产生驱动涡，使得流体产生向着与主轴转动相反方向的流动，这种反向回流运动使得凹槽在承载区时滑油流量减少，凹槽在非承载区时流量增加，当轴瓦周向凹槽尺度在微米量级时，没有发生反向流动现象。 (5)在M2000-A型摩擦磨损试验机上进行了滑动轴承的试验研究。测量了轴承摩擦力矩和轴瓦最大温升值，并与理论计算结果进行了对比，分析了试验误差。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TH133.31
【部分图文】：

图 1.2 不同动载荷频率下空穴现象Fig.1.2 Cavitation effects in journal bearing at different frequency内方面，滑动轴承可视化研究开展较晚，山东大学路长厚、陈淑江、杨并制造了高精度滑动轴承试验台，观察了螺旋槽滑动轴承内的空穴现象并裂规律。上海大学陈晓阳、孙美丽等[42][43]对进行了滑动轴承动态载荷特性系列研究，利用 CCD 高速摄影技术成功拍摄了动载荷滑动轴承的空穴分，其学术价值处于国际领先水平，结果表明在动载荷工况下，油膜空穴区心位置移动而迁移。动轴承结构形式发展现状向滑动轴承按照其结构形式可以分为整体式圆轴承、部分瓦轴承、椭圆轴承、可倾瓦轴承、浮环轴承等，按照润滑方式分可以分为非完全流体润滑、静压滑动轴承、气体润滑轴承、水润滑轴承、自润滑轴承、电磁轴承等体动压滑动轴承应用范围较广，其基本原理是利用流体动压原理产生正压

( )sT Tseγμ μ =于表 2.1 中。及网格划分本参数为单供油槽径向滑动轴承，其基本尺寸，如图 2.2 所示。并且在轴承轴向中心承载区延伸，表 2.1 给出了本文计算要讨论四个重要的轴承静特性参数：以及轴承摩擦力矩(*frF )。

图 2.3 计算域网格图Fig. 2.3 Mesh of oil film表 2.2 网格独立性验证结果Table 2.2 Grid dependence learning results方案 网格总数油膜厚度节点数 承载力(N)摩擦力矩(N.M) 最高温度(K) 最高温度偏差1 93400 10 5096.112 2.700 324.635 -2 165776 15 5090.951 2.692 324.762 0.0393 457900 20 5043.094 2.664 324.761 -0.00040
【参考文献】

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本文编号：2859180