计入表面形貌的倾斜轴颈轴承热弹流动力润滑分析

论文摘要

本文主要针对各种机械装置使用最普遍、最基本的直轴一轴承系统中的轴承,开展同时计及轴受载变形导致轴颈倾斜、表面形貌和热效应等影响因素的流体动力润滑分析研究。联立基于平均流量模型的广义Reynolds方程、三维能量方程和固体热传导方程等,计算了计及热效应时,不同表面形貌和轴颈倾斜角下的轴承油膜压力、油膜温度、油膜反力、端泄流量、摩擦系数和保持轴承稳定工作的力矩。考虑和不考虑热效应的轴承润滑特性计算结果表明,计入热效应时,表面形貌和润滑油粘压效应对偏心率较大的轴颈倾斜轴承润滑性能影响较大。使用ANSYS有限元软件建立了计算有约束整体轴承座轴承表面受热变形的热柔度矩阵;提出了计算受轴承热变形影响的油膜厚度的新方法。对轴受载变形时的粗糙表面轴承进行了热弹流动力润滑分析。结果表明:轴承的热变形在高载荷的情况下对轴承性能的影响较大,计入轴受载变形,影响更为显著,且其影响效果会随着转速的增大而增大,随着半径间隙的减小而增大;在本文研究的载荷范围内,无论是否计入轴受载变形,单独考虑轴承表面的弹性变形时,其对轴承润滑性能的影响都比较小,而同时考虑轴承的热变形后,弹性变形的影响会有所增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 流体润滑理论的基础
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 表面形貌的影响
• 1.3.2 热效应的影响
• 1.3.3 轴承表面变形的影响
• 1.3.4 轴颈倾斜的影响
• 1.3.5 表面镀层、表面处理以及表面膜的影响
• 1.3.6 空穴边界条件的润滑分析
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 计入表面形貌的倾斜轴颈轴承热流体动力润滑分析
• 2.1 引言
• 2.2 基本方程和公式
• 2.2.1 倾斜轴颈轴承的油膜厚度方程
• 2.2.2 基于平均流动模型的广义Reynolds方程及其边界条件
• 2.2.3 润滑油运动方程
• 2.2.4 能量方程及其边界条件
• 2.2.5 热传导方程及其边界条件
• 2.2.6 润滑油粘温、粘压关系式
• 2.2.7 压力流量因子、剪切流量因子和剪切力因子的确定
• 2.2.7.1 压力流量因子
• 2.2.7.2 剪切流量因子
• 2.2.7.3 剪切力因子
• 2.2.8 轴承油膜反力（承载量）
• 2.2.9 轴承端泄流量
• 2.2.10 摩擦力与摩擦系数
• 2.2.11 保持倾斜轴颈轴承稳定工作的力矩
• 2.3 数值计算方法
• 2.3.1 Reynolds方程的数值解法
• 2.3.2 能量方程的差分方程
• 2.3.3 界面温度的差分方程
• 2.3.4 热传导方程的差分方程
• 2.3.5 流速和流速梯度
• 2.3.6 计算流程
• 2.4 计算结果与分析
• 2.4.1 热效应对倾斜轴颈轴承润滑性能的影响
• 2.4.2 轴承表面粗糙度的影响
• 2.4.3 轴承表面方向参数的影响
• 2.4.4 润滑油粘压效应的影响
• 2.5 小结
• 第三章 轴受载变形时粗糙表面轴承热弹性流体动力润滑分析
• 3.1 引言
• 3.2 基本方程和公式
• 3.2.1 轴受载变形导致轴颈在轴承中倾斜的倾斜角计算
• 3.2.2 油膜厚度方程
• 3.2.3 Reynolds方程、能量方程和热传导方程
• 3.2.4 轴承油膜反力（承载量）、端泄流量、摩擦力和摩擦系数的计算
• 3.3 轴承表面变形的计算方法
• 3.3.1 变形矩阵方法
• 3.3.1.1 热变形计算
• 3.3.1.2 弹性变形计算
• 3.3.2 热变形柔度矩阵的建立
• 3.3.2.1 有限元计算模型及边界条件
• 3.3.2.2 热变形柔度矩阵的形成
• 3.3.3 弹性变形柔度矩阵的建立
• 3.3.3.1 有限元计算模型及边界条件
• 3.3.3.2 弹性变形柔度矩阵的形成
• 3.4 分析方法和流程
• 3.5 计算结果与分析
• 3.5.1 表面热变形对轴承性能的影响
• 3.5.2 弹性变形对轴承性能的影响
• 3.5.3 综合考虑表面热变形和弹性变形时的轴承性能
• 3.6 小结
• 第四章 总结和展望
• 参考文献
• 在攻读硕士学位期间发表的论文