表面谐波特征的油膜轴承性能分析研究

摘要

本文针对表面谐波特征的油膜轴承结构、材料、油膜压力分布、承载能力、油膜的刚度系数和阻尼系数等进行了分析研究，建立了普通圆柱油膜轴承和表面谐波特征油膜轴承的数学模型，给出了具有表面谐波特征的油膜轴承的油膜压力和总承载力的计算公式，求解油膜轴承雷诺(Reynolds)方程的过程中，得出了表面谐波特征的油膜轴承压力分布。给出了表面谐波特征的油膜轴承承载力、摩擦阻力、流量、阻尼系数和刚度系数的计算公式，并进行了计算实例和分析。使用Matlab软件对部分压力分布状况进行了图形仿真。对两种轴承的承载能力和承载的有效区域进行了计算，并对结果进行了比较和分析，得出了表面谐波特征的油膜轴承其油膜压力和承载能力与表面谐波本身的特征——谐波数和谐波幅值的关系，优化得出谐波数等于3时其承载特性最佳的结论。 根据理论计算分析的结果，设计制造了具有表面谐波特征的油膜轴承，进行了实验研究，测试了轴承沿着圆周方向的油膜压力分布和ZA27合金材料性能。实验结果表明具有表面谐波特征的油膜轴承的工作性能比普通圆柱油膜轴承优越，随着轴承转速的提高，两种油膜轴承的承载能力均提高，但具有表面谐波特征油膜轴承的总承载能力比没有谐波的普通表面油膜轴承要大。表面谐波特征油膜轴承承载能力的大小随着谐波数的增加而增加，但有效承载区域却随着谐波数的增加而减少。ZA27合金各种性能指标均相当或优于巴氏合金，有望成为巴氏轴承合金的代用料。通过对实验数据进行分析，进一步验证了理论分析的正确性，所得研究结果为表面谐波特征油膜轴承的设计和应用提供了参考。