基于流固耦合的水润滑橡胶轴承润滑特性研究

发布时间：2017-06-28 08:15

  本文关键词：基于流固耦合的水润滑橡胶轴承润滑特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水润滑橡胶轴承由于其良好的润滑性能，在船舶、水轮机、水泵等机械设备上得到了普遍的认可和广泛的应用。与传统的油润滑金属滑动轴承不同，水润滑橡胶轴承由于具有多曲面、多沟槽的几何结构，橡胶衬层刚度小，润滑介质粘度小等特点，其润滑机理更具有复杂性。论文采用流固耦合方法，从工况条件、几何结构、润滑介质三个方面对水润滑橡胶轴承的润滑特性进行研究。 首先，论文根据轴承安装间隙、转速和几何结构，确定了流场流动状态为紊流，，结合动压润滑理论及流固耦合理论，建立了八沟槽水润滑橡胶合金轴承的润滑求解模型，借助于流体计算软件ANSYS Fluent对轴承运行过程中的内部流场进行了详细的分析，分析对比相同工况条件下的仿真求解与试验测试的水膜压力分布，验证了流固耦合数值求解方法的可靠性。 其次，论文根据水润滑橡胶轴承实际工作情况，研究了不同工况条件、不同几何结构、不同润滑介质对水膜压力分布、水膜流速分布、橡胶衬层变形及等效应力分布、水膜承载力及摩擦系数的影响。流固耦合求解结果表明，采用较大的转速与偏心率有助于流体动压形成；减小沟槽半径不仅可以提高轴承的承载能力和减小摩擦系数，还可以改善板条橡胶衬层与铜板条粘接面的等效应力分布状况；采用较小的过渡圆弧半径可以增加有效的收敛楔形长度，从而有利于润滑性能的提高；在计算工况范围内，圆弧型承载面轴承的承载能力要优于平板型；盐水的承载特性最好，沙水次之，清水最差，盐水的润滑特性最好，清水次之，沙水最差，两种盐水和沙水浓度对润滑特性影响较小。通过测试不同几何结构及润滑介质的水润滑橡胶轴承的摩擦系数，表明试验结果与流固耦合求解结果一致。 论文内容得到国家自然科学基金面上项目“大尺寸水润滑橡胶合金轴承振动噪声机理与可靠性研究”（项目编号：51175521）的支持，拟通过上述研究对水润滑橡胶轴承的润滑机理及相关研究方法提供新的借鉴。
【关键词】：水润滑 橡胶 轴承 流固耦合 润滑特性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3;TH117.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的研究意义及背景9
• 1.2 水润滑橡胶轴承的发展历史和国内外研究现状9-12
• 1.2.1 水润滑橡胶轴承的发展历史9-10
• 1.2.2 水润滑橡胶轴承润滑特性的国内外研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容12-15
• 2 水润滑橡胶轴承的流体润滑求解模型15-23
• 2.1 水润滑橡胶轴承流体动压润滑理论及流固耦合理论15-17
• 2.1.1 流体动压润滑理论15-16
• 2.1.2 流固耦合理论16-17
• 2.2 水润滑橡胶轴承的计算模型17-22
• 2.2.1 计算模型的假设17-18
• 2.2.2 计算模型的基本流体动力学方程18-19
• 2.2.3 计算模型紊流状态判断及边界条件19-21
• 2.2.4 计算模型的基本参数方程21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 水润滑橡胶轴承润滑特性数值仿真分析23-45
• 3.1 ANSYS FLUENT 软件概述23-25
• 3.2 水润滑橡胶轴承几何结构和材料参数25-26
• 3.3 水润滑橡胶轴承仿真模型的建立26-33
• 3.3.1 水润滑橡胶轴承几何建模及网格划分26-29
• 3.3.2 边界条件设置29-30
• 3.3.3 求解器设置30
• 3.3.4 仿真模型的收敛性判断30-32
• 3.3.5 仿真模型的有效性验证32-33
• 3.4 水润滑橡胶轴承润滑特性仿真结果与分析33-44
• 3.4.1 水膜压力分布34-37
• 3.4.2 水膜流速分布37-39
• 3.4.3 橡胶衬层变形及等效应力分布39-42
• 3.4.4 承载特性42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 结构参数对水润滑橡胶轴承润滑特性的影响45-71
• 4.1 沟槽半径对润滑性能的影响45-54
• 4.1.1 沟槽半径对水膜压力分布的影响46-48
• 4.1.2 沟槽半径对水膜流速分布的影响48-50
• 4.1.3 沟槽半径对橡胶衬层变形、应力的影响50-52
• 4.1.4 沟槽半径对承载特性的影响52-54
• 4.2 过渡圆弧半径对润滑性能的影响54-59
• 4.2.1 过渡圆弧半径对水膜压力分布的影响54-55
• 4.2.2 过渡圆弧半径对水膜流速分布的影响55-57
• 4.2.3 过渡圆弧半径对橡胶衬层变形、应力的影响57-58
• 4.2.4 过渡圆弧半径对承载特性的影响58-59
• 4.3 承载面形状对润滑性能的影响59-66
• 4.3.1 承载面形状对水膜压力分布的影响60-62
• 4.3.2 承载面形状对水膜流速分布的影响62-63
• 4.3.3 承载面形状对橡胶衬层变形、应力的影响63-65
• 4.3.4 承载面形状对承载特性的影响65-66
• 4.4 试验研究66-69
• 4.4.1 试验研究方法66-67
• 4.4.2 不同沟槽半径轴承的试验研究67-68
• 4.4.3 不同承载面轴承的试验研究68-69
• 4.5 本章小结69-71
• 5 润滑介质对轴承润滑特性的影响71-91
• 5.1 盐水对水润滑橡胶轴承润滑特性的影响71-77
• 5.1.1 盐水对水膜压力分布的影响71-73
• 5.1.2 盐水对水膜流速分布的影响73-74
• 5.1.3 盐水对橡胶衬层变形、应力的影响74-76
• 5.1.4 盐水对承载特性的影响76-77
• 5.2 沙水对水润滑橡胶轴承润滑特性的影响77-86
• 5.2.1 体积分数云图78-79
• 5.2.2 沙水对水膜压力分布的影响79-80
• 5.2.3 沙水对水膜流速分布的影响80-82
• 5.2.4 沙水对橡胶衬层变形、应力的影响82-84
• 5.2.5 沙水对承载特性的影响84-86
• 5.3 试验研究86-89
• 5.3.1 盐水的试验研究86-87
• 5.3.2 沙水的试验研究87-89
• 5.4 本章小结89-91
• 6 结论与展望91-93
• 6.1 结论91-92
• 6.2 展望92-93
• 致谢93-95
• 参考文献95-99
• 附录99
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：基于流固耦合的水润滑橡胶轴承润滑特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：493191