阶梯滑动轴承静特性分析及其油膜流态的实验探究

发布时间：2017-06-02 03:10

  本文关键词：阶梯滑动轴承静特性分析及其油膜流态的实验探究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：具有深、浅腔结构的阶梯轴承，能够显著地提高轴承工作时的承载能力，降低其摩擦系数，因此得到广泛应用。计算阶梯轴承特性参数时通常认为油膜处于一种固定的流态，或者层流或者紊流。阶梯轴承的深、浅腔深度差别很大，轴承高速运转时会出现层流、紊流共存的现象，并存在过渡区。本文建立了阶梯轴承混合流态下的数学模型，利用五点差分法求得其压力分布与静态特性参数，在此基础上设计搭建了阶梯轴承油膜流态可视化试验台，观测并分析不同转速、不同间隙下油膜流态的变化规律。论文主要内容包括以下两个方面： （1）基于壁面定律推导了紊流状态下的雷诺方程，确定紊流因子；通过计算油膜中不同位置的雷诺数确定其流态，在此基础上建立层流和紊流流态下油膜的控制方程和边界条件。利用五点差分法离散方程，迭代得到混合流态下阶梯轴承不同工况下的压力分布和静特性参数。计算结果表明相同的工作条件下，紊流情况下油膜的摩擦力、摩擦力矩、摩擦功耗均比按照层流理论计算出的结果增大，而端泄流量则有所减少。 （2）在理论计算的基础上，，利用相似原理搭建了阶梯轴承油膜流态可视化试验台，观测并分析阶梯轴承油膜流态随主轴转速、半径间隙和润滑油粘度的变化情况。在多种实验工况条件下，观察并拍摄到轴承油膜内层流和紊流的共存现象，以及油膜厚度突变处的流态混合现象。同一转速和间隙下，深腔内由于油膜厚度较大易出现紊流现象，浅腔和封油边油膜厚度小油膜呈现层流。轴承浅腔内由于压力流的影响会出现流线沿轴向的发散现象。实验观察的油膜流态和其雷诺数是一致的。 本文在理论和实验两方面对阶梯轴承油膜的流态进行了分析和研究，得出了一些探索性的结论，为后续的研究者奠定了基础。
【关键词】：阶梯轴承 流态 五点差分法 可视化
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.31
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 符号说明6-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-16
• 1.2.1 滑动轴承的主要种类10-12
• 1.2.2 滑动轴承中油膜的流态12-13
• 1.2.3 润滑理论的发展13-15
• 1.2.4 阶梯滑动轴承理论研究的发展15-16
• 1.2.5 轴承油膜特性实验研究的发展16
• 1.3 本文研究的主要内容和方法16-18
• 2 润滑理论基础18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 层流状态下 Reynolds 方程18-25
• 2.2.1 质点运动方程18-20
• 2.2.2 流体流动的连续方程20-21
• 2.2.3 广义牛顿粘性定律21-22
• 2.2.4 N-S 方程22-23
• 2.2.5 Reynolds 方程23-25
• 2.2.6 压力边界条件25
• 2.3 紊流状态下 Reynolds 方程25-31
• 2.3.1 紊流润滑的概念25
• 2.3.2 流态转变25-27
• 2.3.3 紊流润滑运动方程27-28
• 2.3.4 紊流润滑的几种计算方法28-29
• 2.3.5 紊流状态下的 Reynolds 方程29-31
• 3 混合流态下 Reynolds 方程的五点差分解法31-42
• 3.1 阶梯轴承混合流态下的数学模型31-34
• 3.1.1 控制方程31
• 3.1.2 油膜厚度31-32
• 3.1.3 边界条件32-33
• 3.1.4 阶梯轴承的静态特性参数33-34
• 3.2 五点差分法程序编制34-37
• 3.2.1 阶梯轴承结构参数34-35
• 3.2.2 程序流程图35-37
• 3.3 计算结果与分析37-41
• 3.3.1 选定工况下的雷诺数37
• 3.3.2 油膜压力分布37-38
• 3.3.3 偏位角38-39
• 3.3.4 油膜承载力39
• 3.3.5 轴颈摩擦力、摩擦力矩、摩擦功耗39-40
• 3.3.6 端泄流量40-41
• 3.4 小结41-42
• 4 阶梯轴承油膜流态可视化实验42-63
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验台的建立43-46
• 4.2.1 模拟轴颈、轴承的加工43-45
• 4.2.2 实验中的气泡示踪法45-46
• 4.2.3 实验参数拟定46
• 4.3 实验步骤46-50
• 4.3.1 最小半径间隙调整方法48
• 4.3.2 轴颈转速调整方法48-49
• 4.3.3 实验影像采集49
• 4.3.4 实验影像处理49-50
• 4.4 实验结果分析50-61
• 4.4.1 油膜流态分析50-51
• 4.4.2 深、浅腔交接处油膜流态分析51-54
• 4.4.3 油膜流态变化与转速的关系54-57
• 4.4.4 油膜流态变化与间隙的关系57-58
• 4.4.5 油膜流态变化与润滑油粘度的关系58-59
• 4.4.6 浅腔内的不完全层流现象（流线发散现象）59-61
• 4.5 误差分析61-63
• 5 总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.1.1 理论方面63
• 5.1.2 实验方面63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 个人简历及在学期间参与的科研项目、发表的学术论文70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王素华;吴新跃;;基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展[J];工具技术;2011年12期

2 郭力,周海萍,李波;高速紊流动静压混合轴承热效应研究[J];湖南轻工业高等专科学校学报;2003年Z1期

3 王小静,张直明,孙美丽;复合型紊流润滑理论模式的研究[J];摩擦学学报;2000年02期

4 张运清，张直明;一种紊流润滑理论分析新方法──复合型紊流模式理论[J];摩擦学学报;1995年03期

  本文关键词：阶梯滑动轴承静特性分析及其油膜流态的实验探究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：414100