高速轻载工况下浮环轴承油膜压力场数值仿真分析

摘要

浮环轴承具有尺寸小、结构简单、摩擦功耗低、效率高、发热量小以及较高稳定性的特点,现已被广泛应用在航空,汽车,造纸设备,舰船和战车等的柴油机上,以及办公和食品行业中。它的存在解决了轴承高速转动时,普遍存在的失稳(如油膜振荡)问题,而失稳势必会影响转子系统运转的稳定性和降低其精度,有的甚至会导致机械系统的损坏。
　　浮环轴承具有自身的特点,但是当前国内还没有形成完整的设计规范,本文以普通圆柱浮环轴承为研究目标,展开了浮环轴承机理的研究、主要参数的确定、整体设计以及高速轻载工况下的油膜压力场数值仿真等方面的研究。
　　首先,介绍了国内外浮环轴承的研究现状及应用情况,总结出浮环轴承的特点、应用和研究方向,推导出基于流体动压润滑理论的浮环轴承雷诺方程,对雷诺方程进行无量纲化,确定油膜润滑的边界条件,编写了浮环轴承结构参数的具体设计流程,完善了浮环轴承的总体设计方案。
　　然后,在有限差分法的基础上研究了高速轻载工况下的浮环轴承内外油膜压力场的分布情况。获得各转速相对应的浮环轴承三维油膜压力分布图,进而得到内外油膜的最大油膜压力、承载力及偏位角,此外还推导出了有量纲油膜压力的计算公式。
　　最后,对高速轻载工况下的浮环轴承油膜压力场进行FLUENT仿真。介绍了计算流体力学的基础知识和分析软件,建立了浮环轴承三维油膜模型,确立了边界条件,仿真出不同转速下的浮环轴承三维油膜压力分布图,得到最大油膜压力并与有限差分法的计算结果进行比较。
　　论文进一步丰富了浮环轴承的设计流程和规范,对浮环轴承的具体设计起到了一定的理论依据和技术支持。