高速动静压止推轴承的设计方法研究及仿真

摘要

随着科技的高速进步,涡轮增压器已经在汽车、船舶等领域中得到了广泛的应用。滑动轴承作为涡轮增压器转子系统关键零部件之一,已经成为提高涡轮增压器效率、减少燃油消耗、提高运行可靠性的一个非常重要的制约影响因素。由于整个涡轮增压器工作于高速、高温等复杂的运行工况以及恶劣的运行环境,高速动静压止推轴承凭借其良好的结构和性能,成为了船用涡轮增压器滑动轴承合适的选择。考虑到目前国内还没有形成一个较为完善的船用涡轮增压器高速动静压止推轴承的设计规范。将某个型号的船用涡轮增压器高速动静压止推轴承作为具体研究对象,开展了动静压止推轴承相关的总体设计方法研究及其仿真分析,为动静压止推轴承的设计提供了一定的技术支撑。
　　本研究首先对动压轴承、静压轴承以及动静压轴承的基本原理、基本结构等进行了研究和分析,结合动压为主、静压为辅的实际工作情况,提出了动静压轴承设计的主要方面,包括设计的轴承表面可产生动压效应以及一个具有恒定压力进口压强的压强输入设置。其次,参考低速止推轴承的设计流程和设计规范,在理论分析的角度上,建立了一种高速动压止推轴承的基本设计流程,包括高速动压止推轴承的结构形式、材料、润滑油等的选取以及其结构参数和承载能力的计算。再次,根据理论分析设计出的高速动压止推轴承的结构,简化得到油膜三维模型。利用Gambit对油膜三维模型进行前处理,进入Fluent中进行求解,并进行静特性结果分析。将其中完全端泄条件下的油膜模型的动压效应的数值模拟仿真结果与动压止推轴承理论分析所得的结果进行对比,忽略一些客观因素的影响,可以证明本文建立的油膜模型的可行性。在此基础上,考虑静压效应的影响,从而实现了动静压止推轴承油膜的仿真和分析。在两种不同条件下,通过仿真分析的方式证明了高速动静止推压轴承的动静压混合效应是由动压效应和静压效应耦合而成,其动压效应和静压效应是相互影响的。最后,通过仿真不同轴承结构条件下的简化油膜模型,将得到的油膜的平均压强、摩擦功耗、摩擦系数、体积流率、最高温度等指标进行对比,综合考虑这几项指标,从而可以进一步实现对高速动静压止推轴承基本结构的研究和优化设计。