径向滑动轴承动力学摩擦学瞬态耦合研究

摘要

旋转机械径向滑动轴承一直是摩擦学领域的主要研究对象。在轴承的润滑分析中，油膜压力和轴承温度会引发轴瓦、轴颈的弹性变形和热变形，进而引起油膜厚度的变化；当油膜压力和温度达到一定程度时，其对润滑油粘度、密度的影响将无法忽略。所以，径向滑动轴承的润滑分析需要引入热弹性流体动压润滑理论。此外，变工况下轴颈转速、轴颈载荷等参数的变化，将会带来轴承润滑状态的差异；故而，热弹性流体动压润滑理论需要引入时间因素，以形成瞬态热弹性流体动压润滑理论。综上，径向滑动轴承的润滑分析在数学上是四维问题，除了三维空间位置坐标外还需要在时间维度求解轴承的瞬态润滑响应。
　　本文采用基于平均流量模型的广义Reynolds方程，开展考虑润滑表面粗糙度的油膜压力计算；使用油膜温度控制方程和轴瓦热传导方程开展轴承温度计算；将 Reynolds方程、温度控制方程和轴颈运动方程进行联立，建立径向滑动轴承瞬态热弹性流体润滑分析模型。为改善计算稳定性，模型各方程进行无量纲处理，并使用有限差分法对无量纲方程进行离散处理；通过分析轴承动力学摩擦学的耦合关系，设计解耦方法，并使用Fortran语言编制径向滑动轴承的瞬态润滑计算程序；与前人的计算模型和相关实验数据进行对比，本文模型的稳态和瞬态计算结果与实验数据更为吻合，验证了本文模型的准确性。
　　针对轴颈转速升高、阶跃载荷、动不平衡等几种典型变工况，本文开展了轴承动力学和摩擦学特性研究。结果表明：在轴颈升速过程中，较大的升速会增大轴颈产生涡动的可能性；初转速的升高会导致轴颈运转稳定性下降；载荷的增大会加强轴颈运转稳定性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 润滑理论国内外研究现状

1.3 径向滑动轴承国内外研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 径向滑动轴承瞬态热弹流润滑模型

2.1 引言

2.2 油膜厚度方程

2.3 Reynolds方程及其边界条件

2.4 温度控制方程及其边界条件

2.5 轴颈运动方程

2.6 润滑油特性方程及轴承性能参数

2.7 瞬态热弹流润滑模型无量纲化

2.8 本章小结

第3章 径向滑动轴承瞬态热弹流润滑的数值方法

3.1 网格划分

3.2 轴瓦热弹性变形计算

3.3 油膜压力场计算

3.4 轴承温度场计算

3.5 程序设计

3.6 本章小结

第4章 径向滑动轴承瞬态热弹流润滑分析

4.1 引言

4.2 模型验证

4.3 升高转速工况下轴承性能的变化

4.4 阶跃载荷工况下轴承性能的变化

4.5 动不平衡工况下轴承性能的变化

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢