静动压混合支承间隙油膜形貌研究

作     者：袁腾飞 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于晓东;姜辉

授予年度：2020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] 

主      题：静动压混合支承 双矩形腔可倾油垫 极端工况 热力耦合变形 油膜形貌表征 

摘      要：随着“中国制造2025进程的推进,对重型数控装备的承载能力和运转精度提出了更高的要求。作为重型数控装备核心支承部件的液体静压轴承,在高速重载的工况下运行时,间隙润滑油膜受到强挤压力与强剪切力的联合作用,润滑油的温度升高,粘度下降,油膜变薄,局部开始形成边界润滑或干摩擦,进而会出现摩擦学失效现象。为了避免摩擦学失效现象的产生,本文提出一种新型静动压混合支承油垫结构,实现了静压与动压混合润滑,达到了预防摩擦失效的效果。为使静动压混合轴承达到更好的润滑效果和运转精度,本文对直接影响油液流动和转台转动精度的间隙油膜形貌做了主要研究。设计新型静动压混合支承油垫结构,油垫底部与底座间采用销连接间隙配合,其运转中,油垫产生倾斜,形成动压效应,补偿了静压损失。基于静动压润滑理论和流体动力学建立静动压混合支承间隙油膜理论分析的数学模型,使用Creo三维软件建立了轴承的三维几何模型,利用ICEM-CFD软件进行高质量的间隙油膜结构化网格划分。确定间隙油膜润滑性能仿真计算所需的具体参数及其相应边界条件,编写所用的46号润滑油粘温关系变化的CEL语句。在不同极端工况下,利用CFX对间隙油膜进行变粘度流体仿真,得到对应工况下油膜承载的压力场和温度场仿真云图,其仿真结果为下一步进行热力耦合仿真分析提供了前提条件。基于摩擦学、热力学有限元分析、弹塑性变形理论以及传热学,使用ANSYS15.0 Workbench软件对静动压混合支承摩擦副进行热力耦合仿真分析,得到各工况对应的变形场,并对其变形场数据进行提取,导入到Matlab中进行数据处理,获取油膜三维形貌。搭建实验平台,测试极端工况下静动压混合支承间隙油膜的实际形貌,对理论分析和仿真模拟加以验证。