动压轧机油膜轴承空化现象研究

作     者：王荣耀 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李玉贵

授予年度：2013年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：油膜轴承 分块结构化网格 有限体积法 油膜压力场 空化现象 空穴分布 

摘      要：现代化轧机对高性能油膜轴承的需求日益增强，而油膜的工作特性在一定程度上决定着油膜轴承的使用性能和寿命，它包括油膜的承载能力、最小厚度、温升、空化以及振荡等问题，其中，空化和振荡对油膜的稳定性有至关重要的影响。 本文在前人的研究基础之上从动压油膜轴承产生空化的原因以及影响油膜空化过程的因素入手，展开了对轧机油膜轴承空化现象的研究，并利用轧机油膜试验台对油膜的温度、承载区压力以及进油压力进行数据采集和分析。 本文的主要研究内容及相关结论如下： 1．通过对油膜空化时流场状态的研究，对计算域流场进行分块结构化网格划分，解决了边界层网格质量差的问题。并针对油膜空化过程中的相变问题，在有限体积法的基础之上建立了气-液混合数值模拟方法。 2．通过对油膜压力场内流体高速回转特性的研究，采用SMIPLE算法处理压力与速度的耦合问题，得到了完整油膜的压力场，并对承载区压力值进行实验验证。 3．利用本文建立的数值模拟方法，在油膜压力场的基础之上，有效模拟了油膜的空化过程，并对空化区的空穴分布状态进行了研究。研究发现：油膜空化区的主体部分由体积分数大于0.2的空穴组成，而体积分数小于0.2的空穴虽然数量超过60%，但总体积比例不到2%，且主要分布在空化区的边缘和出油口附近。 4．针对不同的工况，本文分别对润滑油的粘性、表面张力以及轴承的进油压力和转速对油膜空化过程的影响进行了研究。研究发现：空化程度随润滑油的粘度增加而增加，并且粘性通过对流场边界层分离的影响决定了空化初生的位置;表面张力增大时，空化面积虽有微小增长，但空穴能达到的最大直径变小;进油压力对空化过程没有明显的影响;转速通过对油膜压力的影响直接决定了空化区的大小、形状、位置，转速变化大时，空化区的迁移现象十分明显。