基于FLUENT的纵向沟槽水润滑轴承流体润滑数值分析

摘要

与金属轴承相比，水润滑轴承一般由非金属材料制成，有较好的防振、耐泥沙、耐磨等特性，特别是能避免因密封泄露而污染江河湖海水环境的状况，因而得到了广泛的应用。在润滑机理的研究上，由于水润滑轴承具有纵向的沟槽，因而建立准确的润滑模型存在很大的困难。此外，由于橡胶合金弹性模量较低，即使在轻载下，也会发生明显的弹性变形，从而使得水润滑橡胶合金轴承的润滑机理更具有复杂性。本文针对水润滑轴承的特点，结合现有对水润滑轴承的润滑机理研究的理论基础及实践经验，建立水润滑轴承的简化润滑模型，对其润滑机理做了初步的探索研究。
　　 本文研究来源于国家自然科学基金面上项目“大尺寸高比压水润滑轴承系统的创新设计理论与方法(项目编号50775230)。”主要从以下几个方面对水润滑橡胶合金轴承的润滑机理进行了研究：
　　 对弹性接触问题进行了理论分析，从流体力学的连续性方程和Navier-Stokes方程出发，推导了简化条件下的雷诺方程，水润滑橡胶合金轴承的弹性变形及水膜厚度方程，从理论上对水膜的形成机理及水润滑轴承润滑机理进行了分析。
　　 利用FLUENT软件对水润滑橡胶合金轴承的润滑模型进行数值模拟，计算了带有沟槽的水润滑轴承压力分布及速度分布，并在此基础上深入探讨了橡胶的弹性变形，定性地分析了压力对橡胶弹性变形的影响，从而完善了水润滑橡胶合金轴承的弹性流体动压润滑理论。研究表明，在收敛楔形内，橡胶衬层各个工作面上的压力较大，形成了相互独立的压力峰，这种压力峰使得工作面中心区凹陷，有利于水囊的形成，从而大大促进流体润滑膜的形成。
　　 通过实验测试不同转速和载荷下水润滑轴承的摩擦系数，根据摩擦系数绘出了不同载荷及转速下的streibeck曲线，并与经典streibeck理论曲线进行对比，从而分析了水润滑轴承在不同的条件下的润滑状态。通过分析发现，重载下(＞1000N)水润滑橡胶合金轴承在低速(＜1000rpm)时工作于混合润滑状态，高速(＞1000rpm)时工作于弹流润滑状态，而载荷对润滑状态的改变影响较小。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.1.1水润滑技术简介

1.2.2水润滑轴承润滑机理研究现状

1.2.3水润滑轴承研究现状

1.3本文的主要研究工作

1.4本章小结

2水润滑橡胶合金轴承流体润滑基本理论

2.1雷诺方程的建立

2.1.1雷诺方程建立的假设条件

2.1.2全雷诺方程

2.1.3全雷诺方程的简化

2.1.4径向轴承的雷诺方程

2.2湍流雷诺方程

2.2.1湍流雷诺方程

2.2.2湍流的润滑模型

2.3弹性变形方程的建立

2.4膜厚方程的建立

2.5弹性—等粘度润滑状态方程

2.6本章小结

3水润滑橡胶合金轴承流体建模及数值计算

3.1水润滑橡胶合金轴承结构

3.2流体数学模型

3.2.1控制方程

3.2.2控制方程的离散

3.3建立求解模型

3.3.1流体流动性质的判定

3.3.2湍流流动模型

3.2.3标准k-ε模型

3.3数值模拟方法

3.3.1分离式解法

3.3.2壁面函数法

3.3.3 SIMPLE算法

3.4数值求解计算

3.5本章小结

4水润滑橡胶合金轴承数值计算及结果分析

4.1数值模拟结果可靠性验证

4.2水润滑轴承的周向压力分布

4.3水润滑轴承沟槽中流场分布

4.4本章总结

5水润滑橡胶合金轴承润滑状态的判定

5.1 Sommerfeld number

5.1.1压力函数与边界条件

5.1.2 Sommerfeld nunlber

5.2 Streibeck曲线

5.3水润滑橡胶合金轴承的摩擦系数实验

5.3.1实验设备及原理

5.3.2实验结果

5.4水润滑橡胶合金轴承润滑状态的判定

5.4.1 Sommerfeld Number计算

5.4.2 Streibeck曲线及润滑状态判定

5.5本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致 谢

参考文献

附 录：作者在攻读学位期间发表的论文目录