高速轻载滑动轴承温升特性分析

摘要

当旋转机械工作时，润滑油流入到轴颈与轴瓦之间，起到润滑作用，将两者的表面分离开，防止壁面直接碰摩，由于轴颈旋转作用，在轴瓦与轴颈最小油膜间隙处产生动压效应，润滑油由于与轴颈摩擦产生热量，再加上润滑油的粘性耗散也生成热量，轴承内的温度将会升高，若轴承内温度过高将直接影响到轴承腔内的润滑油流量以及轴承的承载能力，严重时可能会造成系统不能正常运行，因此，如何防止轴承内温升过高已经成为重要的研究课题。本文以三维滑动轴承流场计算以及轴承内气穴计算为理论基础，主要对轴承长度变化、半径间隙变化以及在轴承上下轴瓦开油槽对轴承温升的影响进行了探讨，并在温度场稳态求解的基础上，计算了与本文工作转速同频下的轴承动态特性系数。本文具体的研究内容以及结果如下：
　　首先通过对流场计算的基本方程进行离散化处理，结合气穴计算方程，得到本文分析轴承温升的理论基础，建立文章研究所用到的滑动轴承三维计算模型，利用CFX软件计算轴承的油膜压力值、油膜温度值以及气相体积分数值，对网格无关性进行了验证，并且通过文献中的试验结果与采用本文分析方法的计算结果进行了对比，确定本文分析轴承温升时所用方法的准确性。
　　然后分析了在不同气穴压力下对轴承内气穴分布的影响以及对轴承温升的影响，当气穴压力逐渐增大的过程中，产生气穴的区域在逐步增大，最大气相体积分数值也是逐渐增大，而轴承内油膜温度分布区域基本不变，最高油膜温度值变化不大，最大油膜压力值有所减小；同时分析了随着轴承长度变化、轴承半径间隙变化对轴承温升的影响规律，计算结果表明，随着轴承长度的增加和半径间隙的增大，轴承内最高油膜温度值、最大油膜压力值均是降低的，轴承内最大气相体积分数值是增大的。
　　其次分析了当轴颈偏心率一定的情况下，油槽结构对轴承温升产生影响。首先对比无油槽和上下轴瓦均开油槽的计算结果，验证了轴承内开油槽对于控制轴承温升的重要性。然后分别分析了上轴瓦油槽角度、宽度变化和下轴瓦油槽角度、宽度变化对轴承温升影响的原因，其次分析了改变下轴瓦油槽深度对轴承温升的影响。由计算结果可知，随着上轴瓦油槽角度在45°～180°变化时，轴承内最高油膜温度值变化不大，轴承内最大油膜压力值增大了约16％，当上轴瓦油槽角度为0°～135°变化时，最大气相体积分数值均在0.99左右，而当油槽角度为180°时，最大气相体积分数值降低为0.8左右；随着上轴瓦油槽宽度在15mm~20mm变化时，轴承内油膜温度逐渐下降，最高油膜温度值降低约4%，最大油膜压力值增大了约14%，最大气相体积分数值减小了约13%；随着下轴瓦油槽角度在45°～180°变化时，最高油膜温度值减小约3%，承载区内开油槽使得油膜厚度增大，油膜压力分布形状改变，最大油膜压力值减小约65%，当下轴瓦油槽角度为0°～135°，轴承内产生气穴的区域基本相同，当油槽角度为180°时，产生气穴的区域有所减少，最大气相体积分数也略有降低；随着下轴瓦油槽宽度在15mm～20mm变化时，轴承内最高油膜温度值变化不大，轴承内最大油膜压力值降低约2%，最大气相体积分数值均在0.8左右；当下轴瓦油槽深度在0.1mm～2mm变化时，轴承内最大油膜压力值、最高油膜温度值以及最大气相体积分数值都是逐渐降低的。
　　接着对下轴瓦油槽宽度的变化使得轴颈偏心率发生变化时对轴承温升的影响进行了分析。随着下轴瓦油槽宽度在15mm～20mm增大时，轴颈偏心率也随之增大，轴承内最高油膜温度值增大了约0.7%；轴承内最大油膜压力值增大了约13%；最大气相体积分数值增大了约5%。
　　最后在基于考虑气穴效应和温度场的稳态求解的基础上，利用简谐激励原理和CFD动网格技术求解了与本文工作转速同频率下滑动轴承动态特性系数，同时分析了对轴颈x方向和y方向分别施加位移激励后，轴承内油膜温度和油膜压力在不同时刻的变化规律。

目录

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英文摘要

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 滑动轴承流场计算模型的建立

2.1引言

2.2流场计算的基本方程

2.3气穴计算方程

2.4计算方程的离散形式

2.5流场计算的假设与边界条件

2.6流场计算模型的建立与网格无关性验证

2.7本章小结

第3章 滑动轴承温升特性研究

3.1引言

3.2轴承内温升产生机理

3.3气穴压力对滑动轴承温升的影响

3.4轴承长度变化对轴承温升的影响分析

3.5半径间隙变化对轴承温升的影响分析

3.6本章小结

第4章 油槽对滑动轴承温升的影响

4.1引言

4.2油槽对轴承温升的影响

4.3上轴瓦油槽对轴承温升的影响

4.4下轴瓦油槽对轴承温升的影响

4.5油槽深度对轴承温升的影响

4.6偏心率变化时下轴瓦油槽宽度对轴承温升的影响

4.7本章小结

第5章 考虑温度场时求解轴承动态特性参数

5.1引言

5.2轴承动态特性参数计算原理

5.3轴承动态特性参数计算

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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