滑动轴承油膜流态可视化试验研究

发布时间：2017-09-12 07:38

  本文关键词：滑动轴承油膜流态可视化试验研究

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【摘要】：目前,各种不同结构形式的滑动轴承广泛应用于旋转机械主轴中,在对高速动静压轴承及浮环轴承进行理论计算和分析时,发现轴承油膜中同时存在有层流、紊流及二者过渡区等不同流态。油膜流态的变化将会影响到油膜特性模型的建立,给最终的求解带来误差。 本文首先介绍了流体润滑轴承的一般理论研究方法,然后以紊流润滑理论为基础,通过计算滑动轴承油膜中不同位置的雷诺数,从理论上证明了滑动轴承油膜中层流和紊流流态共存的事实。然后根据相似原理搭建了滑动轴承油膜流态可视化试验台,分别对圆柱光板滑动轴承和带台阶腔的滑动轴承进行了流态可视化试验,测试了不同直径、不同间隙、不同转速和不同润滑油粘度下两类轴承的油膜流态,观察了理论研究过程当中提到的涡旋、油膜震荡、气穴等现象,并对试验过程中的重点、难点进行了分析,对试验结果进行了误差分析。 从宏观角度定性分析,试验结果最终可总结出以下结论： (1)圆柱轴承楔形油腔在轴承直径135mm、粘度32cSt、转速500rpm的同等参数下,油楔入口区域间隙越小,越容易出现紊流。 (2)在最小间隙0.3mm,主轴转速500rpm,粘度32cSt的同等参数下,轴承直径越大,形成的油楔夹角越大,越容易出现紊流。 (3)在最小间隙0.3mm,主轴转速500rpm,轴承直径175mm的同等参数下,润滑油粘度越低,越容易出现紊流和混合流态。 (4)带台阶腔轴承油膜流态随转速的增大从层流向紊流逐渐过渡,试验测得其临界转速为900rpm,此时流态开始进入过渡阶段,随后紊流现象逐渐明显。 (5)带台阶腔轴承油膜流态随间隙的增大从层流向紊流逐渐过渡,试验测得其临界间隙为0.2mm,此时油膜深腔与浅腔中的特征条纹逐渐成型。 本文计算了动静压(浮环)轴承油膜的雷诺数,表明油膜中同时存在有层流、紊流及二者过渡区等不同流态。首次实现了滑动轴承油膜流态的可视化试验研究,为后续对结构更复杂的滑动轴承进行可视化试验提供了方法和经验,文中给出的试验结果对比图片可供后续研究者参考。
【关键词】：滑动轴承 油膜流态 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】：2013
【分类号】：TH133.31
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 符号说明10-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 本课题的研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势13-21
• 1.2.1 润滑理论的研究现状13-14
• 1.2.2 动静压轴承研究的历史现状14-15
• 1.2.3 浮环轴承研究的历史现状15-18
• 1.2.4 紊流润滑理论研究的历史现状18-19
• 1.2.5 轴承试验研究的发展现状19-21
• 1.3 本文主要研究内容及意义21-23
• 2 流体润滑轴承的理论研究23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 静压支承工作原理及控制方程23-25
• 2.3 动压支承工作原理及控制方程25-31
• 2.3.1 质点运动方程26-27
• 2.3.2 连续性方程27-28
• 2.3.3 广义牛顿粘性定律28-29
• 2.3.4 粘性流体动力学方程29-30
• 2.3.5 雷诺方程30-31
• 2.4 边界条件31-32
• 2.5 数值解法32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 紊流润滑理论和流态转变35-43
• 3.1 滑动轴承油膜的紊流现象35
• 3.2 层流润滑数学模型35-38
• 3.2.1 动静压轴承模型36
• 3.2.2 浮环轴承模型36-37
• 3.2.3 非定常浮环轴承模型37-38
• 3.3 紊流润滑数学模型38-40
• 3.4 层流、紊流及流态转变40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 圆柱滑动轴承油膜流态可视化试验43-60
• 4.1 滑动轴承试验研究的必要性43
• 4.2 滑动轴承油膜的工作流态43-44
• 4.3 可视化试验概述44-45
• 4.4 相似原理45-46
• 4.5 试验方案的确定46-48
• 4.5.1 轴承模型的可视化46-47
• 4.5.2 不同试验参数的实现47
• 4.5.3 间隙调整方法47-48
• 4.6 试验装置48-50
• 4.6.1 轴承实物模型48-49
• 4.6.2 润滑油49
• 4.6.3 轴颈的加工49-50
• 4.6.4 转速控制及其他50
• 4.7 影像的采集与处理50-51
• 4.8 试验重难点介绍51-53
• 4.8.1 数控机床的零漂51-52
• 4.8.2 影像采集的灯光问题52
• 4.8.3 试验试件的固定及位置精度52-53
• 4.9 试验步骤53-54
• 4.10 结果分析与结论54-59
• 4.10.1 油膜流动轨迹分析54-55
• 4.10.2 过渡区域测量分析55-56
• 4.10.3 流态对比分析56-58
• 4.10.4 结论58
• 4.10.5 误差分析58-59
• 4.11 本章小结59-60
• 5 带台阶腔的滑动轴承油膜流态可视化试验60-72
• 5.1 试验方案60
• 5.2 试验装置60-63
• 5.2.1 轴瓦加工方案61-62
• 5.2.2 数控编程加工62-63
• 5.3 影像的采集与处理63-65
• 5.4 试验步骤65
• 5.5 结果分析与结论65-71
• 5.5.1 油膜流动分析65-66
• 5.5.2 油膜流态随间隙变化分析66-68
• 5.5.3 油膜流态随转速变化分析68-70
• 5.5.4 结论70
• 5.5.5 误差分析70-71
• 5.6 本章小结71-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果79

【参考文献】

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本文编号：835946