基于FLUENT的动静压轴承特性分析及实验研究

摘要

深浅腔动静压轴承综合了静压轴承和动压轴承的优点，稳定性好、精度高、寿命长，在精密加工机床、汽轮机、航空航天等领域得到广泛应用。国内外学者大多采用差分法或有限元法来研究滑动轴承的动静态特性，这种方法忽略了油膜曲率、惯性项、径向流场变化等因素对轴承性能的影响。随着计算流体力学和计算机技术的发展，基于计算流体力学软件的有限元方法得到了广泛应用，这种方法方便求解复杂区域上的问题。
　　本文以深浅腔动静压轴承为研究对象，采用GAMBIT软件建立了轴承与轴颈之间油膜的三维模型并做了网格划分。编写了纳入Reynolds边界条件和实现偏位角迭代的UDF程序。采用FLUENT软件对该深浅腔动静压轴承进行了数值计算，得到了不同工况下油膜的压力场、温度场及承载力、温升等特性参数并分析了这些参数随转速、偏心率的变化规律。在理论计算的基础上搭建了深浅腔动静压轴承实验台，测量了油膜的压力和温度并与FLUENT计算结果进行了对比，结果趋势一致。论文研究内容主要包括以下三部分:
　　(1)采用GAMBIT软件的混合网格技术对油膜三维模型进行了网格划分，通过预定义宏编写了修正油膜压力的UDF程序，实现了动静压轴承油膜Reynolds边界条件的自动纳入;编写了实现动态网格移动的UDF程序，控制了油膜偏位角的迭代。
　　(2)建立动静压径向滑动轴承的控制方程和边界条件，基于FLUENT得到了不同工况下油膜的压力场、温度场及相应的静态特性参数，将计算结果与文献数值结果进行对比，吻合较好。
　　(3)搭建深浅腔动静压轴承实验台，测量了不同工况下油膜特定位置的压力和温度并与FLUENT计算结果进行了对比，结果趋于一致。

目录

声明

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 滑动轴承压力边界条件的研究现状

1．2．2 滑动轴承静动特性研究现状

1．2．3 CFD在研究滑动轴承的应用现状

1．3 论文研究的主要内容

2 建立深浅腔动静压轴承数学模型

2．1 数字模型

2．2 边界条件

2．2．1 压力边界条件

2．2．2 温度边界条件

2．3 本章小节

3 计算流体力学的基本理论

3．1 计算流体力学

3．1．1 计算流体力学的应用领域

3．1．2 计算流体力学的优点

3．2 CFD控制方程

3．2．1 质量守恒方程(连续性方程)

3．2．2 动量守恒方程(N-S方程)

3．2．3 能量守恒方程

3．2．4 紊流的计算模型

3．3 通用控制方程的离散方法

3．4 常用CFD软件的特点分析

3．5 本章小结

4 深浅腔动静压轴承的数值计算研究

4．1 动静压轴承有限元模型的建立及网格划分

4．1．1 构造几何模型

4．1．2 深浅腔动静压轴承模型的网格划分

4．2 边界条件和计算参数的设定

4．2．1 边界条件的设定

4．2．2 计算方法的确定

4．3 UDF程序编制

4．3．1 UDF基础知识

4．3．2 本文用到的UDF程序

4．4 深浅腔动静压轴承数值计算流程

4．5 本章小结

5 FLUENT计算结果及分析

5．1 油膜压力随转速的变化规律

5．2 油膜压力随偏心率的变化规律

5．3 油膜温度分布随转速的变化规律

5．4 油膜温度分布随偏心率的变化规律

5．5 承载力对比

5．6 本章小结

6 深浅腔动静压轴承的实验研究

6．1 对动静压轴承进行实验研究的必要性

6．2 实验装置

6．3 实验步骤

6．4 理论与实验对比分析

6．4．1 油膜压力分布规律

6．4．2 油膜温度分布规律

6．5 误差分析

6．6 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢