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表面织构及气油两相流对滑动轴承性能的影响研究

作　者: 杨华蕊
导　师: 王晓力
学　校: 北京理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 滑动轴承表面织构气油两相流润滑性能磨损
分类号: TH133.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

表面织构技术近年来得到了广泛地应用，然而，径向滑动轴承中表面织构是否能提高其润滑性能的研究仍存在矛盾之处，且表面织构对轴承磨损的影响并不清楚。另外，高速滑动轴承在工作过程中会形成气油两相流润滑，目前建立的气油两相流本构方程及润滑模型不统一，且气油两相流对滑动轴承润滑性能的影响现存的结论互相矛盾。本文针对表面织构及气油两相流对径向滑动轴承的性能影响进行了研究。论文主要内容和结论如下：建立了JFO空化边界条件下表面织构化滑动轴承的润滑模型，数值求解了广义Reynolds方程。计算结果表明，部分分布织构轴承的润滑性能优于完全分布织构轴承；增加织构深度和半径在一定范围内可以减小轴承偏位角和摩擦力，但轴承承载力会有所降低；矩形截面织构的偏位角，流量及摩擦力最小。建立了表面织构化滑动轴承的确定性混合润滑模型，提出了磨损的计算方法，考察了不同载荷下滑动轴承的磨损过程及表面织构尺寸对轴承磨损量的影响。结果表明，织构的引入会增大轴承的磨损范围。构建了气油两相流流变性能实验系统，考察了剪切速率、温度及含气率对气油两相流流变特性的影响规律，给出了适用于不同剪切速率及温度范围的气油两相流黏度模型及本构方程。结果表明：随着含气率的增加，气油两相流的黏度在较低剪切速率下增加，但在较高剪切速率下减小。基于气油两相流本构方程，建立了滑动轴承气油两相流润滑的数学模型，数值求解了修正Reynolds方程，发现随着初始气体体积分数的增加，滑动轴承空化区范围减小，油膜完整区向轴承下游移动；油膜压力最大值，轴承承载力，摩擦力及端泄流量在低剪切速率范围内增大，在高剪切速率范围内减小，而在中剪切速率范围内先增大后减小。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究背景和意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 表面织构对滑动轴承润滑性能影响的研究现状  11-13
    1.2.2 滑动轴承混合润滑及磨损的研究现状  13-14
    1.2.3 滑动轴承气油两相流润滑的研究现状  14-15
  1.3 研究内容  15-17
第2章表面织构对滑动轴承流体润滑性能的影响研究  17-38
  2.1 几何模型  17-18
  2.2 Reynolds 空化边界条件下的润滑模型  18-23
    2.2.1 控制方程和边界条件  18-19
    2.2.2 离散格式和迭代方法  19-22
    2.2.3 轴承静特性的计算  22-23
  2.3 JFO 空化边界条件下的润滑模型  23-28
    2.3.1 控制方程和边界条件  23-24
    2.3.2 离散格式和迭代方法  24-28
  2.4 计算结果与分析  28-37
    2.4.1 不同空化边界条件对滑动轴承流体润滑性能的影响  28-30
    2.4.2 织构深度对滑动轴承流体润滑性能的影响  30-33
    2.4.3 织构半径对滑动轴承流体润滑性能的影响  33-36
    2.4.4 织构截面形状对滑动轴承流体润滑性能的影响  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章表面织构对混合润滑状态下滑动轴承磨损的影响研究  38-56
  3.1 数学模型  38-41
    3.1.1 磨损模型  38-39
    3.1.2 确定性混合润滑模型  39-41
  3.2 数值计算方法  41-46
    3.2.1 数学模型的无量纲化  41-42
    3.2.2 数学模型的离散  42-45
    3.2.3 计算流程  45-46
  3.3 计算结果与分析  46-55
    3.3.1 滑动轴承的磨损过程  48-51
    3.3.2 织构深度对轴承磨损性能的影响  51-53
    3.3.3 织构半径对轴承磨损性能的影响  53-55
  3.4 本章小结  55-56
第4章气油两相流本构方程实验研究  56-64
  4.1 气油两相流流变实验系统的构建  56-58
    4.1.1 气油两相流制备装置的构建  56-57
    4.1.2 气油两相流含气率的测定方法  57
    4.1.3 气油两相流流变特性测试实验  57-58
  4.2 气油两相流流变特性及本构方程  58-63
    4.2.1 不同剪切速率及温度下气油两相流的流变特性  58-61
    4.2.2 考虑剪切速率及温度影响的气油两相流本构方程  61-63
  4.3 本章小结  63-64
第5章滑动轴承气油两相流润滑特性研究  64-78
  5.1 滑动轴承气油两相流润滑数学模型  64-67
    5.1.1 基于气油两相流本构方程与空化算法的广义 Reynolds 方程  64-65
    5.1.2 气油两相流密度和等效黏度的确定  65-66
    5.1.3 气油两相流润滑滑动轴承静特性  66-67
  5.2 数值计算方法  67-70
    5.2.1 广义 Reynolds 方程的离散格式和迭代方法  67-68
    5.2.2 气油两相流密度和等效黏度的数值求解  68-69
    5.2.3 总体求解步骤  69-70
  5.3 计算结果与分析  70-77
    5.3.1 不同剪切速率下初始气体体积分数对轴承压力分布的影响  71-73
    5.3.2 不同角速度下初始气体体积分数对轴承润滑性能的影响  73-74
    5.3.3 不同剪切速率下初始气体体积分数对轴承润滑性能的影响  74-77
  5.4 本章小结  77-78
结论与展望  78-81
  主要结论  78-79
  创新点  79
  展望  79-81
参考文献  81-86
攻读学位期间发表论文与研究成果清单  86-87
致谢  87

表面织构及气油两相流对滑动轴承性能的影响研究

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