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简述滑移高速滑动轴承界面滑移与空穴机理

收藏本文 2024-04-14 点赞:24433 浏览:108678 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:滑动轴承在高速、超高速条件下,固液交界面上的剪应力会超过某个极限值而导致在固体表面发生滑移现象,同时润滑油膜极易破裂形成空穴。界面滑移和空穴现象的有着对滑动轴承的润滑性能具有重要影响,甚至可能导致润滑失效。由此,界面滑移和空穴特性的探讨,对滑动轴承的高速进展具有重要作用。首先,建立了基于极限剪应力的周向和轴向二维滑移模型。为了在滑移模型中建立更为准确的周向和轴向剪应力联系,定义了剪应力夹角的概念。全面考虑了轴和轴瓦表面可能产生滑移的情况,分别探讨了产生界面滑移的四种状态,给出了相应的滑移速度分布图,并分别推导了四种滑移状态的基本方程。对油膜完整区域与润滑油弹性模量的有关计算项进行了浅析,建立了基于改善的Elrod算法的空穴计算模型,得到了求解油膜压力的优化算法。该算法将基于JFO边界条件的描述完整油膜区和空穴区的润滑方程进行了统一,使JFO边界条件更加精确的运用于轴承空穴论述的计算。基于二维滑移模型和改善的Elrod空穴算法,在四种滑移状态下分别推导出了考虑空穴效应的论述计算模型以及差分求解公式。考虑空穴效应的滑移计算模型既全面考虑了可能发生滑移的情况,又将Elrod算法中对完整油膜区的广义雷诺方程的求解策略进行了优化,不但更贴近滑动轴承实际工况,而且提升了计算效率。其次,采取“目标速度跟踪法”对界面滑移现象进行了实验探讨。轴承采取有机玻璃材质,在进油口添加着色剂,利用高速摄像机拍摄流线并计算出平均速度,通过论述与实验结果的比较发现了周向和轴向界面滑移的有着。根据实验测得的周向最小滑移速度与转速和供油压力联系曲面,计算出高粘度和低粘度润滑介质时轴瓦和轴表面的极限剪应力,并发现滑移速度随着供油压力的提升而提升。运用实验测得的极限剪应力,以论述上探讨了极限剪应力和界面滑移现象对螺旋油楔滑动轴承性能的影响。探讨了轴承的结构、偏心率、螺旋角、转速和极限剪应力对滑移程度的影响。结果表明滑移首先发生在极限剪应力大、油膜间隙小和油膜的封油面区域,滑移现象的有着使油膜压力、承载力、摩擦阻力和温升有所降低,而端泄量则有所提升,并且轴瓦和轴表面的滑移区域和滑移程度互相影响。为了提升轴承承载力并降低温升,提出了利用滑移现象的组合滑移表面径向滑动轴承。基于修正的SLM模型,推导出了考虑界面滑移的雷诺方程。与普通轴承相比,组合滑移表面径向滑动轴承的油膜压力、承载力和端泄量较高,而偏位角、摩擦阻力和温升较低。然后,利用论述和实验相结合的策略探讨了润滑油粘度对空穴特性和端泄量的影响。采集了高粘度和低粘度润滑介质条件下螺旋油楔滑动轴承在不同转速和供油压力的空穴图像,并测量了滑动轴承的端泄量,通过论述和实验比较探讨了两种润滑介质条件下轴承的空穴形状、油膜破裂位置以及再形成位置、油膜破裂面积和端泄量等。求得高粘度和低粘度润滑介质条件下油膜再形成位置与转速和供油压力的联系。两种不同粘度润滑油的实验结果比较表明,低粘度油的空穴面积比高粘度油显著减小而端泄量显著提升。实验结果与利用改善的Elrod算法计算获得的结果变化走势一致,并且油膜破裂情况基本吻合。基于JFO边界条件建立了考虑空穴效应和界面滑移的轴承动特性计算模型,揭示了不同偏心率、螺旋角、供油压力和转速时,界面滑移和空穴效应对油膜压力、承载力、摩擦阻力、端泄量、平均温升、刚度系数和阻尼系数的影响。结果表明,考虑界面滑移时采取JFO边界条件计算获得的油膜压力、承载力、摩擦阻力、端泄量、刚度系数和阻尼系数比采取Reynolds边界条件时都有所提升,而平均温升降低和油膜的破裂延缓。最后,采取热电偶和红外测温仪分别测量了润滑油的平均温升和轴瓦内表面温度。结果表明,低粘度润滑条件下的温升比高粘度油润滑条件下的温升显著降低,采取低粘度润滑介质可以有效解决高速机床长期有着的温升不足。关键词:滑动轴承论文螺旋油楔论文界面滑移论文油膜破裂论文润滑介质论文空穴算法论文

    摘要15-17

    ABSTRACT17-20

    符号说明20-22

    第1章 绪论22-36

    1.1 探讨背景及探讨作用22-23

    1.2 滑动轴承的探讨近况23-26

    1.2.1 流体润滑论述的基础23-24

    1.2.2 滑动轴承结构的探讨24-26

    1.3 滑动轴承界面滑移探讨26-29

    1.3.1 界面滑移论述探讨26-28

    1.3.2 界面滑移实验探讨28-29

    1.4 滑动轴承空穴探讨29-32

    1.4.1 空穴机理论述探讨29-31

    1.4.2 空穴机理实验探讨31-32

    1.5 滑动轴承润滑机理中其它不足的探讨32-35

    1.5.1 表面粗糙度影响探讨32-33

    1.5.2 热效应影响探讨33

    1.5.3 非牛顿流体影响探讨33

    1.5.4 轴颈倾斜影响探讨33-34

    1.5.5 惯性力的影响探讨34

    1.5.6 紊流状态的轴承性能探讨34-35

    1.6 本论文探讨策略和主要内容35-36

    第2章 考虑界面滑移和空穴的螺旋油楔滑动轴承数学模型36-56

    2.1 引言36

    2.2 轴承模型36-38

    2.2.1 轴承结构36-37

    2.2.2 油膜厚度方程37-38

    2.3 滑动轴承二维不足的滑移模型38-44

    2.3.1 基本制约方程38

    2.3.2 速度边界条件38-42

    2.3.3 极限剪应力数值和系数的确定42-43

    2.3.4 轴表面滑移的基本方程43-44

    2.3.5 轴瓦表面滑移的基本方程44

    2.3.6 轴瓦和轴表面都滑移的基本方程44

    2.3.7 轴瓦和轴表面都不滑移的基本方程44

    2.4 空穴模型44-48

    2.4.1 空穴论述44-46

    2.4.2 考虑空穴效应的制约方程46-48

    2.5 考虑空穴和滑移论述的二维模型48-49

    2.5.1 状态1的基本方程48

    2.5.2 状态2的基本方程48

    2.5.3 状态3的基本方程48-49

    2.5.4 状态4的基本方程49

    2.6 通用方程的求解49-54

    2.6.1 网格划分与方程离散49-51

    2.6.2 数值计算51-54

    2.7 本章小结54-56

    第3章 滑动轴承二维流场的滑移机理的论述和实验探讨56-90

    3.1 引言56

    3.2 滑移实验探讨56-66

    3.2.1 滑移实验的论述基础56-57

    3.2.2 实验装置57-59

    3.2.3 实验轴承的结构59-60

    3.2.4 滑移实验原理60-61

    3.2.5 润滑油粘度比较61

    3.2.6 高粘度润滑介质条件下滑移现象浅析61-64

    3.2.7 低粘度润滑介质条件下滑移现象浅析64-66

    3.3 极限剪应力对滑移现象的影响探讨66-78

    3.3.1 不同结构轴承的初始极限剪应力比较66-67

    3.3.2 极限剪应力对压力分布的影响67-69

    3.3.3 极限剪应力对承载力的影响69-70

    3.3.4 极限剪应力对摩擦阻力的影响70-72

    3.3.5 极限剪应力对端泄量的影响72-73

    3.3.6 极限剪应力对温升的影响73-74

    3.3.7 极限剪应力对剪应力和滑移速度的影响74-78

    3.4 滑动轴承二维不足的滑移现象探讨78-82

    3.4.1 界面滑移对承载力的影响78-79

    3.4.2 界面滑移对摩擦阻力的影响79-80

    3.4.3 界面滑移对端泄量的影响80-81

    3.4.4 界面滑移对温升的影响81-82

    3.5 组合滑移表面轴承的性能探讨82-87

    3.5.1 修正SLM模型的速度边界条件83-84

    3.5.2 广义雷诺方程84

    3.5.3 组合滑移表面轴承的压力分布和油膜破裂情况84-85

    3.5.4 组合滑移表面轴承的承载力和偏位角85-87

    3.5.5 组合滑移表面轴承的摩擦阻力、端泄量和温升87

    3.6 本章小结87-90

    第4章 螺旋油楔滑动轴承空穴特性的论述和实验探讨90-116

    4.1 引言90

    4.2 空穴特性的实验探讨90-108

    4.2.1 实验原理与设备90-91

    4.2.2 高粘度润滑介质条件下3个油腔的空穴形状91-95

    4.2.3 高粘度润滑介质条件下轴承空穴边界浅析95-99

    4.2.4 高粘度润滑介质条件下轴承空穴条数浅析99

    4.2.5 低粘度润滑介质条件下3个油腔的空穴形状99-103

    4.2.6 低粘度润滑介质条件下轴承空穴边界浅析103-105

    4.2.7 高粘度和低粘度润滑介质条件下空穴特性的比较105-107

    4.2.8 高粘度和低粘度润滑介质条件下端泄量的比较107-108

    4.3 螺旋油楔滑动轴承油膜破裂情况的论述和实验比较108-113

    4.3.1 不同转速和供油压力的高粘度润滑介质条件下油膜破裂情况108-111

    4.3.2 不同转速和供油压力的低粘度润滑介质条件下油膜破裂情况111-113

    4.4 本章小结113-116

    第5章 考虑空穴效应的螺旋油楔滑动轴承的滑移论述探讨116-134

    5.1 引言116

    5.2 考虑界面滑移和空穴效应的动特性模型116-119

    5.3 界面滑移和空穴效应对油膜压力和破裂情况的影响119-120

    5.4 不同偏心率时界面滑移和空穴效应对轴承性能的影响120-123

    5.4.1 偏心率对轴承静特性的影响120-121

    5.4.2 偏心率对轴承动特性的影响121-123

    5.5 不同螺旋角时界面滑移和空穴效应对轴承性能的影响123-126

    5.5.1 螺旋角对轴承静特性的影响123-124

    5.5.2 螺旋角对轴承动特性的影响124-126

    5.6 不同供油压力时界面滑移和空穴效应对轴承性能的影响126-129

    5.6.1 供油压力对轴承静特性的影响126-127

    5.6.2 供油压力对轴承动特性的影响127-129

    5.7 不同转速时界面滑移和空穴效应对轴承性能的影响129-131

    5.7.1 转速对轴承静特性的影响129-130

    5.7.2 转速对轴承动特性的影响130-131

    5.8 本章小结131-134

    第6章 螺旋油楔滑动轴承热动力润滑的实验探讨134-142

    6.1 引言134

    6.2 轴瓦内表面温度测量的实验探讨134-139

    6.2.1 实验装置134-135

    6.2.2 测量温度是轴瓦内表面温度的实验验证135-136

    6.2.3 高粘度润滑介质条件下轴瓦内表面温度136-137

    6.2.4 低粘度润滑介质条件下轴瓦内表面温度137-139

    6.3 平均温升测量的实验探讨139-140

    6.4 本章小结140-142

    结论与展望142-146

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