基于FLuENT的動壓滑動軸承油膜穩(wěn)定性研究.pdf

1、滑動軸承的油膜渦動、油膜振蕩是高速輕載轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過程中最易出現(xiàn)的一種以油膜力引起的特有故障，油膜振蕩可能導(dǎo)致整個機(jī)組的毀壞，造成嚴(yán)重的事故和經(jīng)濟(jì)損失。由于影響油膜動力特性因素的復(fù)雜性和現(xiàn)有油膜失穩(wěn)理論的局限性以及理論研究和實際應(yīng)用上的差距使得油膜失穩(wěn)研究和應(yīng)用有待繼續(xù)深入和完善，以采取有效措施來預(yù)防、控制和阻止滑動軸承在工作過程中的失穩(wěn)和破壞。
　　 本文一方面以試驗研究為基礎(chǔ)，對高速輕載軸承典型性失穩(wěn)案例進(jìn)行了測定。通過幅頻特性

2、曲線及軸心軌跡圖對軸承從起動到產(chǎn)生油膜振蕩的整個過程的實測分析，總結(jié)了油膜軸承失穩(wěn)狀態(tài)特征變化，從而對油膜振蕩故障診斷提供了可靠的理論依據(jù)；另一方面，在實驗室軸承模型基礎(chǔ)上借助計算流體動力學(xué)F1uent軟件數(shù)值模擬得到滑動軸承三維油膜力場及溫度場分布，對比分析了轉(zhuǎn)速、軸承間隙比及進(jìn)油壓力等因素對軸承穩(wěn)定性的影響。同時，利用UDF自定義程序?qū)u動復(fù)合運(yùn)動進(jìn)行了動網(wǎng)格處理，得到失穩(wěn)狀態(tài)下的力場分布特征。
　　 通過對動壓滑動軸承油膜

3、穩(wěn)定性的試驗研究和數(shù)值模擬，本文得出的主要結(jié)論如下：
　　 1、依據(jù)油膜失穩(wěn)特征，全過程分為四個區(qū)：亞臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，臨界轉(zhuǎn)速共振區(qū)，超臨界轉(zhuǎn)速平穩(wěn)渦動區(qū)，油膜振蕩區(qū)。高速輕載轉(zhuǎn)子半頻成分的起始出現(xiàn)在第一區(qū)居多但常很微弱；到第二區(qū)基頻引發(fā)臨界轉(zhuǎn)速強(qiáng)迫共振，半頻影響力減小；第三區(qū)基頻與半頻相當(dāng)，影響均較弱，振幅較?。航咏?倍臨界臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)入第四區(qū)半頻幅值劇增，振幅穩(wěn)定，基頻分及其他諧波影響可忽略；在第二區(qū)臨界轉(zhuǎn)速處相位發(fā)生了180。轉(zhuǎn)

4、變，而在第一區(qū)和第三區(qū)，無論渦動出現(xiàn)與否，失穩(wěn)與否相位不變。第四區(qū)發(fā)生油膜振蕩后相位極度不穩(wěn)定會頻繁突變。
　　 2、油膜渦動時軸心軌跡特征：軸心軌跡的形狀是各類頻份的疊加效果，渦動時不規(guī)則軸心軌跡可以分解為幾種頻份的規(guī)則軌跡。某種頻份越大時，軌跡疊加形狀就越單一越規(guī)則，反之越凌亂。提出：對于油膜振蕩的診斷，可以結(jié)合頻譜圖及軸心軌跡分解效果找到引起不穩(wěn)定滑動軸承失穩(wěn)的故障原因。
　　 3、內(nèi)八字軸心軌跡的存在只是局限于臨

5、界轉(zhuǎn)速共振區(qū)，也就是作者劃分的第二區(qū)，當(dāng)達(dá)到第三區(qū)及其第四區(qū)時，軸心軌跡反而可能呈現(xiàn)大直徑規(guī)則橢圓，不能把內(nèi)八字軌跡作為渦動發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)。這對油膜振蕩特征故障診斷工作提出了新的依據(jù)。
　　 4、通過UDF自定義程序?qū)κХ€(wěn)狀態(tài)下的渦動復(fù)合運(yùn)動的瞬態(tài)模擬，在油膜力場中不存在一個固定的最小油膜間距hmin平衡點(diǎn)，油膜壓力以正壓為主。失穩(wěn)后，流過最小厚膜厚度hmin處的油膜量很小，沒有負(fù)壓區(qū)，潤滑油在楔形收斂區(qū)不斷的積累下產(chǎn)生了極大的油膜

6、渦動推動力。
　　 5、通過流體動力學(xué)軟件Fluent對穩(wěn)態(tài)下滑動軸承的模擬分析得到了油膜力場和溫度場三維分布特點(diǎn)。隨著轉(zhuǎn)速的增加，最大正負(fù)壓都呈現(xiàn)線性同步增長且位置與轉(zhuǎn)速無關(guān)，油膜最高溫度明顯增加且逐漸靠近進(jìn)油口，影響范圍擴(kuò)大;小間隙油膜正負(fù)壓力極值增大，軸頸位置沿旋轉(zhuǎn)正向上移，偏心減小，不利于軸承穩(wěn)定；對于頂端單孔進(jìn)油軸承，隨壓力增大，正壓增大，而負(fù)壓減小且具有-105Pa左右極限值，最大正壓區(qū)域轉(zhuǎn)移到進(jìn)油口，進(jìn)油壓力越大，