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基于FLUENT的纵向沟槽水润滑轴承流体润滑数值分析

作　者: 华细金
导　师: 王家序
学　校: 重庆大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 水润滑轴承橡胶合金润滑机理 FLUENT streibeck曲线
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 539次
引　用: 6次
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内容摘要

与金属轴承相比,水润滑轴承一般由非金属材料制成,有较好的防振、耐泥沙、耐磨等特性,特别是能避免因密封泄露而污染江河湖海水环境的状况,因而得到了广泛的应用。在润滑机理的研究上,由于水润滑轴承具有纵向的沟槽,因而建立准确的润滑模型存在很大的困难。此外,由于橡胶合金弹性模量较低,即使在轻载下,也会发生明显的弹性变形,从而使得水润滑橡胶合金轴承的润滑机理更具有复杂性。本文针对水润滑轴承的特点,结合现有对水润滑轴承的润滑机理研究的理论基础及实践经验,建立水润滑轴承的简化润滑模型,对其润滑机理做了初步的探索研究。本文研究来源于国家自然科学基金面上项目“大尺寸高比压水润滑轴承系统的创新设计理论与方法(项目编号50775230)。”主要从以下几个方面对水润滑橡胶合金轴承的润滑机理进行了研究:对弹性接触问题进行了理论分析,从流体力学的连续性方程和Navier-Stokes方程出发,推导了简化条件下的雷诺方程,水润滑橡胶合金轴承的弹性变形及水膜厚度方程,从理论上对水膜的形成机理及水润滑轴承润滑机理进行了分析。利用FLUENT软件对水润滑橡胶合金轴承的润滑模型进行数值模拟,计算了带有沟槽的水润滑轴承压力分布及速度分布,并在此基础上深入探讨了橡胶的弹性变形,定性地分析了压力对橡胶弹性变形的影响,从而完善了水润滑橡胶合金轴承的弹性流体动压润滑理论。研究表明,在收敛楔形内,橡胶衬层各个工作面上的压力较大,形成了相互独立的压力峰,这种压力峰使得工作面中心区凹陷,有利于水囊的形成,从而大大促进流体润滑膜的形成。通过实验测试不同转速和载荷下水润滑轴承的摩擦系数,根据摩擦系数绘出了不同载荷及转速下的streibeck曲线,并与经典streibeck理论曲线进行对比,从而分析了水润滑轴承在不同的条件下的润滑状态。通过分析发现,重载下(>1000N)水润滑橡胶合金轴承在低速(<1000rpm)时工作于混合润滑状态,高速(>1000rpm)时工作于弹流润滑状态,而载荷对润滑状态的改变影响较小。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题的背景及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 水润滑技术简介  11-12
    1.2.2 水润滑轴承润滑机理研究现状  12-14
    1.2.3 水润滑轴承研究现状  14-15
  1.3 本文的主要研究工作  15-16
  1.4 本章小结  16-17
2 水润滑橡胶合金轴承流体润滑基本理论  17-29
  2.1 雷诺方程的建立  17-22
    2.1.1 雷诺方程建立的假设条件  18-19
    2.1.2 全雷诺方程  19-21
    2.1.3 全雷诺方程的简化  21-22
    2.1.4 径向轴承的雷诺方程  22
  2.2 湍流雷诺方程  22-25
    2.2.1 湍流雷诺方程  22-23
    2.2.2 湍流的润滑模型  23-25
  2.3 弹性变形方程的建立  25-26
  2.4 膜厚方程的建立  26-27
  2.5 弹性—等粘度润滑状态方程  27-28
  2.6 本章小结  28-29
3 水润滑橡胶合金轴承流体建模及数值计算  29-39
  3.1 水润滑橡胶合金轴承结构  29-30
  3.2 流体数学模型  30-31
    3.2.1 控制方程  30
    3.2.2 控制方程的离散  30-31
  3.3 建立求解模型  31-32
    3.3.1 流体流动性质的判定  31-32
    3.3.2 湍流流动模型  32
    3.3.3 标准k-ε模型  32
  3.4 数值模拟方法  32-37
    3.4.1 分离式解法  32-34
    3.4.2 壁面函数法  34-36
    3.4.3 SIMPLE 算法  36-37
  3.5 数值求解计算  37-38
  3.6 本章小结  38-39
4 水润滑橡胶合金轴承数值计算及结果分析  39-52
  4.1 数值模拟结果可靠性验证  39-41
  4.2 水润滑轴承的周向压力分布  41-45
  4.3 水润滑轴承沟槽中流场分布  45-50
  4.4 本章总结  50-52
5 水润滑橡胶合金轴承润滑状态的判定  52-64
  5.1 Sommerfeld number  52-55
    5.1.1 压力函数与边界条件  52-53
    5.1.2 Sommerfeld number  53-55
  5.2 Streibeck 曲线  55
  5.3 水润滑橡胶合金轴承的摩擦系数实验  55-57
    5.3.1 实验设备及原理  55-56
    5.3.2 实验结果  56-57
  5.4 水润滑橡胶合金轴承润滑状态的判定  57-62
    5.4.1 Sommerfeld Number 计算  57-59
    5.4.2 Streibeck 曲线及润滑状态判定  59-62
  5.5 本章小结  62-64
6 结论与展望  64-66
  6.1 结论  64
  6.2 展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70

基于FLUENT的纵向沟槽水润滑轴承流体润滑数值分析

内容摘要

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