基于微细加工表面织构的滑动轴承润滑特性研究

作     者：冀承成 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白清顺

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：织构 滑动轴承 滑块轴承 动压润滑特性 CFD 空化效应 

摘      要：面对日益突出的能源问题,表面微织构由于具有良好的疏水减阻特性因而得到重视,并已成为传统高能耗产业节能降耗的有效途径。论文主要关注微织构对滑动轴承动压润滑特性的改善,即在轴瓦壁面加工矩形微织构,探究织构的参数对滑动轴承承载力、壁面剪切力、空穴区域等因素的影响及作用机理。首先对径向滑动轴承光滑壁面油膜模型进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)计算,发现油膜发散楔存在负压强区,与实际工况显然不符。进而考虑计入空化效应,采用混合物模型(Mixture)进行“气—油两相流模型CFD计算并分析了压强、速度、气相体积分数等相关参数。发现过低的负压强会引起空化现象,生成的气穴主要分布在发散楔区域,空泡初生在最小油膜厚度区域,随轴颈的转动被带到油楔厚度大的区域并得到发展,最终在最大油膜厚度附近区域溃灭消失。其次考虑到织构模型网格划分和计算的便利,将径向滑动轴承油膜模型拆分为收敛楔和发散楔两个简化的滑块轴承油膜模型,分别对应油膜的收敛区和发散区。对于收敛楔织构化滑块轴承,对比分析了织构区域、排布方向和几何参数对润滑特性的影响,寻求提高承载力、降低壁面剪切力的更佳织构模型方案;发散楔织构化滑块轴承对应轴承发散区,因此需要降低其油膜承载力,同时要考虑微织构对空穴分布的影响。对织构化收敛楔滑块轴承的研究发现:局部织构的承载能力优于全局织构;对于顺向的局部织构,当织构区域的起点位置在收敛楔入口附近,终点位置布置在最大油膜压强处时,可以获得最佳的承载能力;局部织构布置在出口处且增大织构区域长度能够获得更佳的减阻率。对织构化发散楔滑块轴承的研究发现:微织构会降低减阻率,提高承载力,但发散楔轴承是以降低承载力为目标;微织构改变了对应区域气穴的分布状态,垂向织构时还会使对应区域气穴分布函数出现高振幅的波动。最后,利用微细铣削手段在直径60mm的轴瓦表面加工出矩形微织构,并实验得到了油膜压强分布状况。实验结果表明所加工的矩形织构可有效提升油膜压强值,尤其是织构区域所对应的油膜压强有显著提升,此外实验所测转速范围内测得的油膜剪切力均低于光滑轴瓦,获得显著的减阻效果。