水润滑飞龙滑动轴承弹流润滑性能分析

摘要

水的粘度很小，所以用水做润滑剂时要选用弹性模量远远小于金属的飞龙材料制作水润滑轴承。本文针对飞龙材料的滑动轴承，建立水润滑的无限长线接触弹流润滑模型，运用多重网格法来求解Reynolds方程，用多重网格积分法求得膜厚方程中的弹性变形项，运用逐列扫描法求解能量的方程，得到了不同因素影响下的水润滑飞龙滑动轴承的弹流润滑数值解。主要影响因素包括:温度、表面粗糙度、微凹坑织构、固体颗粒以及外部冲击载荷等影响因素。
　　首先，对水润滑飞龙滑动轴承进行稳态等温弹流润滑分析。数值分析得到水润滑飞龙轴承压力和膜厚的分布规律;探讨了不同载荷、转速的大小对水润滑飞龙轴承入口区压力、压力峰和膜厚的影响，并比较了三种不同塑料材料的水润滑性能。
　　其次，对水润滑飞龙滑动轴承进行考虑表面粗糙度的热弹流润滑分析。对比分析等温弹流解和考虑热效应的弹流数值解;探讨了考虑余弦表面粗糙度对水润滑飞龙轴承压力和膜厚的影响，以及水润滑膜压力和膜厚随粗糙度幅值和波长的变化规律。
　　第三，建立了微凹坑织构的摩擦副模型，得到了圆弧形、矩形以及直角三角形三种微凹坑织构下水润滑飞龙轴承的完全数值解，讨论了不同滑滚比下水润滑飞龙轴承最小膜厚的变化，同时也分析了微凹坑织构的深度、凹坑直径对压力和膜厚的影响。
　　第四，考虑热效应和轴承间隙中固体颗粒的影响，对水润滑飞龙轴承进行流体润滑数值分析。建立含固体颗粒的流体润滑模型，修正Reynolds方程，数值模拟得出含固体颗粒时弹流润滑膜压力与膜厚的变化情况，与不含颗粒的热解进行对比，研究颗粒尺寸、颗粒位置及轴承相对间隙大小对存在颗粒的飞龙轴承润滑性能的影响，进一步研究粗糙度与固体颗粒同时存在时压力与膜厚的分布。
　　最后，建立了考虑不同形式的外冲击载荷的水润滑飞龙滑动轴承的弹流润滑几何模型，数值模拟了轴承在不同形式冲击载荷如阶跃、矩形和正弦冲击载荷影响下的水润滑膜压力以及膜厚在不同瞬时的变化趋势，研究冲击载荷幅值和脉宽对水润滑飞龙轴承润滑性能的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 水润滑轴承研究综述

1．2．1 水润滑简介

1．2．2 水润滑轴承材料介绍

1．3 水润滑轴承研究现状

1．3．1 水润滑轴承研究进展

1．3．2 水润滑飞龙轴承研究进展

1．4 弹流润滑理论的发展概况

1．4．1 弹流润滑理论的发展

1．4．2 计算方法

1．4．3 软弹流问题研究

1．5 本文的主要研究内容

第2章 水润滑飞龙轴承的等温弹流润滑性能分析

2．1 径向滑动轴承的流体动力润滑

2．2 水及飞龙材料的基本性能

2．2．1 水的基本特性

2．2．2 飞龙材料的基本特性

2．3 弹流润滑模型

2．4 数学方程

2．4．1 Reynolds方程

2．4．2 膜厚方程

2．4．3 流速方程

2．4．4 载荷方程

2．4．5 密压方程

2．4．6 粘压方程

2．5 量纲一化数学方程

2．5．1 量纲一化Reynolds方程

2．5．2 量纲一化膜厚方程

2．5．3 量纲一化载荷方程

2．5．4 量纲一化密压方程

2．5．5 量纲一化粘压方程

2．6 量纲一化方程离散化

2．6．1 量绸一化Reynolds方程离散化

2．6．2 量纲一化膜厚方程离散化

2．6．3 量纲一化载荷方程离散化

2．7 数值方法

2．8 结果分析

2．8．1 三种水润滑轴承润滑性能的对比

2．8．2 水润滑飞龙轴承压力与膜厚分布

2．8．3 载荷对水润滑飞龙轴承压力与膜厚的影响

2．8．4 转速对水润滑飞龙轴承压力与膜厚的影响

2．9 本章小结

第3章 表面粗糙度对水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能的影响

3．1 数学方程

3．1．1 Reynolds方程

3．1．2 膜厚方程

3．1．3 粘压-粘温关系式

3．1．4 密压-密温关系式

3．1．5 能量方程

3．2 量纲一化数学方程

3．2．1 量纲一化Reynolds方程

3．2．2 量纲一化粘压-粘温方程

3．2．3 量纲一化密压-密温方程

3．2．4 量纲一化温度方程

3．3 量纲一化温度方程离散化

3．4 数值方法

3．5 结果分析

3．5．1 温度对水润滑飞龙轴承压力和膜厚的影响

3．5．2 表面粗糙度对压力和膜厚的影响

3．5．3 粗糙度幅值对压力和膜厚的影响

3．5．4 粗糙度波长对压力和膜厚的影响

3．5．5 考虑粗糙度时载荷对压力和膜厚的影响

3．5．6 考虑粗糙度时转速对压力和膜厚的影响

3．6 本章小结

第4章 微凹坑对水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能的影响

4．1 几何模型

4．2 数学方程

4．3 量纲一化数学方程

4．4 数值方法

4．5 结果分析

4．5．1 不同形式的微凹坑对压力和膜厚的影响

4．5．2 不同滑滚比下三种微凹坑对最小膜厚的影响

4．5．3 微凹坑的深度对压力和膜厚的影响

4．6 本章小结

第5章 杂质颗粒对水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能的影响

5．1 几何模型

5．2 数学方程

5．3 数值方法

5．4 结果分析

5．4．1 固体颗粒对压力和膜厚的影响

5．4．2 固体颗粒的位置对压力和膜厚的影响

5．4．3 固体颗粒的大小对压力和膜厚的影响

5．4．4 相对间隙对压力和膜厚的影响

5．4．5 固体颗粒和表面粗糙度对压力和膜厚的影响

5．4．6 粗糙度幅值和波长对压力和膜厚的影响

5．5 本章小结

第6章 外冲击载荷对水润滑飞龙轴承时变热弹流润滑性能的影响

6．1 数学方程

6．1．1 Reynolds方程

6．1．2 膜厚方程

6．1．3 载荷方程

6．1．4 能量方程

6．2 量纲一化数学方程

6．2．1 量纲一化Reynolds方程

6．2．2 量纲一化膜厚方程

6．2．3 量纲一化能量方程

6．3 数值方法

6．4 结果分析

6．4．1 阶跃冲击载荷对压力和膜厚的影响

6．4．2 矩形冲击载荷对压力和膜厚的影响

6．4．3 正弦形冲击载荷对压力和膜厚的影响

6．4．4 载荷的幅值和脉宽对压力和膜厚的影响

6．5 本章小结

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢