考虑空化效应的水润滑动压织构轴承静态特性研究

作     者：刘鹏飞 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋书运

授予年度：2021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：高速水润滑 螺旋槽轴承 织构 空化效应 静特性 

摘      要：轴承是旋转机械的一个重要组成元件,提高轴承性能对整个系统来说至关重要,本文研究了织构对高速水润滑轴承性能的影响,其中包括径向轴承、径向螺旋槽轴承和推力螺旋槽轴承,通过改变织构在轴承表面的分布和织构形状尺寸,得到织构参数对轴承静特性的影响规律。织构的存在和水作为润滑介质的使用使得润滑液的初生空化数较高,在高速润滑状态下极易产生空化气泡,轴承将处于气-液两相流润滑状态。本文基于两相流理论,建立了考虑空化效应的高速水润滑轴承动压润滑理论模型,模型包括考虑气液界面效应的广义雷诺方程和描述气泡状态的群体平衡方程,均为非线性方程,所以需要通过数值方法求解,其中采用超松弛迭代求解广义雷诺方程,采用离散区间法和时间步进法求解气泡群体平衡方程,从而获得织构空化流轴承的压力分布和气泡体积密度分布,最后分析轴承静特性,并且设计了高速水润滑轴承测试台验证理论模型的计算结果。对比数值求解所得的计算结果和实验测量所得的数据,其结果一致吻合,证实了本文建立的理论模型的适用性。数值模拟结果表明:（1）气泡体积密度为偏正态分布,主要以小体积气泡为主;气泡的产生发生在水膜发散的低压区,高压区则气泡含量锐减,织构的存在导致局部压力波动,局部低压使得空化加剧;（2）空化能够提高轴承承载量,但对摩擦功耗和流量影响较小;（3）织构对轴承性能的影响取决于织构的形状、分布、深度等织构参数和转速、压力等润滑状态,无论哪种类型轴承,织构的存在均能减小轴承摩擦功耗,且在一定工作范围内随着织构面积率和深度的增加其减阻效果越明显;（4）对于径向轴承,织构分布在液膜收敛区能够显著提升轴承承载力,且在一定工作范围内随织构深度的增大提升效果更加显著,对于推力螺旋槽轴承,织构深度和面积率对轴承承载力的影响都呈现先上升后下降的趋势,存在承载力的最优值,且最佳织构深度受膜厚的影响。