高速輕載滑動(dòng)軸承溫升特性分析.pdf

1、當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械工作時(shí)，潤(rùn)滑油流入到軸頸與軸瓦之間，起到潤(rùn)滑作用，將兩者的表面分離開，防止壁面直接碰摩，由于軸頸旋轉(zhuǎn)作用，在軸瓦與軸頸最小油膜間隙處產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，潤(rùn)滑油由于與軸頸摩擦產(chǎn)生熱量，再加上潤(rùn)滑油的粘性耗散也生成熱量，軸承內(nèi)的溫度將會(huì)升高，若軸承內(nèi)溫度過高將直接影響到軸承腔內(nèi)的潤(rùn)滑油流量以及軸承的承載能力，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，因此，如何防止軸承內(nèi)溫升過高已經(jīng)成為重要的研究課題。本文以三維滑動(dòng)軸承流場(chǎng)計(jì)算以及軸承內(nèi)氣穴計(jì)算

2、為理論基礎(chǔ)，主要對(duì)軸承長(zhǎng)度變化、半徑間隙變化以及在軸承上下軸瓦開油槽對(duì)軸承溫升的影響進(jìn)行了探討，并在溫度場(chǎng)穩(wěn)態(tài)求解的基礎(chǔ)上，計(jì)算了與本文工作轉(zhuǎn)速同頻下的軸承動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。本文具體的研究?jī)?nèi)容以及結(jié)果如下：
　　首先通過對(duì)流場(chǎng)計(jì)算的基本方程進(jìn)行離散化處理，結(jié)合氣穴計(jì)算方程，得到本文分析軸承溫升的理論基礎(chǔ)，建立文章研究所用到的滑動(dòng)軸承三維計(jì)算模型，利用CFX軟件計(jì)算軸承的油膜壓力值、油膜溫度值以及氣相體積分?jǐn)?shù)值，對(duì)網(wǎng)格無關(guān)性進(jìn)行了驗(yàn)證，

3、并且通過文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果與采用本文分析方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，確定本文分析軸承溫升時(shí)所用方法的準(zhǔn)確性。
　　然后分析了在不同氣穴壓力下對(duì)軸承內(nèi)氣穴分布的影響以及對(duì)軸承溫升的影響，當(dāng)氣穴壓力逐漸增大的過程中，產(chǎn)生氣穴的區(qū)域在逐步增大，最大氣相體積分?jǐn)?shù)值也是逐漸增大，而軸承內(nèi)油膜溫度分布區(qū)域基本不變，最高油膜溫度值變化不大，最大油膜壓力值有所減小；同時(shí)分析了隨著軸承長(zhǎng)度變化、軸承半徑間隙變化對(duì)軸承溫升的影響規(guī)律，計(jì)算結(jié)果表明，隨著軸

4、承長(zhǎng)度的增加和半徑間隙的增大，軸承內(nèi)最高油膜溫度值、最大油膜壓力值均是降低的，軸承內(nèi)最大氣相體積分?jǐn)?shù)值是增大的。
　　其次分析了當(dāng)軸頸偏心率一定的情況下，油槽結(jié)構(gòu)對(duì)軸承溫升產(chǎn)生影響。首先對(duì)比無油槽和上下軸瓦均開油槽的計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了軸承內(nèi)開油槽對(duì)于控制軸承溫升的重要性。然后分別分析了上軸瓦油槽角度、寬度變化和下軸瓦油槽角度、寬度變化對(duì)軸承溫升影響的原因，其次分析了改變下軸瓦油槽深度對(duì)軸承溫升的影響。由計(jì)算結(jié)果可知，隨著上軸瓦油槽角

5、度在45°～180°變化時(shí)，軸承內(nèi)最高油膜溫度值變化不大，軸承內(nèi)最大油膜壓力值增大了約16％，當(dāng)上軸瓦油槽角度為0°～135°變化時(shí)，最大氣相體積分?jǐn)?shù)值均在0.99左右，而當(dāng)油槽角度為180°時(shí)，最大氣相體積分?jǐn)?shù)值降低為0.8左右；隨著上軸瓦油槽寬度在15mm~20mm變化時(shí)，軸承內(nèi)油膜溫度逐漸下降，最高油膜溫度值降低約4%，最大油膜壓力值增大了約14%，最大氣相體積分?jǐn)?shù)值減小了約13%；隨著下軸瓦油槽角度在45°～180°變化時(shí)，最高

6、油膜溫度值減小約3%，承載區(qū)內(nèi)開油槽使得油膜厚度增大，油膜壓力分布形狀改變，最大油膜壓力值減小約65%，當(dāng)下軸瓦油槽角度為0°～135°，軸承內(nèi)產(chǎn)生氣穴的區(qū)域基本相同，當(dāng)油槽角度為180°時(shí)，產(chǎn)生氣穴的區(qū)域有所減少，最大氣相體積分?jǐn)?shù)也略有降低；隨著下軸瓦油槽寬度在15mm～20mm變化時(shí)，軸承內(nèi)最高油膜溫度值變化不大，軸承內(nèi)最大油膜壓力值降低約2%，最大氣相體積分?jǐn)?shù)值均在0.8左右；當(dāng)下軸瓦油槽深度在0.1mm～2mm變化時(shí)，軸承內(nèi)最大

7、油膜壓力值、最高油膜溫度值以及最大氣相體積分?jǐn)?shù)值都是逐漸降低的。
　　接著對(duì)下軸瓦油槽寬度的變化使得軸頸偏心率發(fā)生變化時(shí)對(duì)軸承溫升的影響進(jìn)行了分析。隨著下軸瓦油槽寬度在15mm～20mm增大時(shí)，軸頸偏心率也隨之增大，軸承內(nèi)最高油膜溫度值增大了約0.7%；軸承內(nèi)最大油膜壓力值增大了約13%；最大氣相體積分?jǐn)?shù)值增大了約5%。
　　最后在基于考慮氣穴效應(yīng)和溫度場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)求解的基礎(chǔ)上，利用簡(jiǎn)諧激勵(lì)原理和CFD動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)求解了與本文工作