考慮溫粘熱效應的滑動軸承非線性油膜力模型研究及其應用.pdf

1、考慮溫粘熱效應的滑動軸承非線性油膜力模型研究及應用非線性油膜力計算采用短軸承油膜力模型分析誤差較大；有限元法或有限差分法配合沖零算法雖然精度較高，但計算量太大而難以忍受。因此，尋求雷諾方程快捷有效求解方法的問題被再次提出。同時，隨著旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的大型、高速和高效趨勢，軸承中的傳熱問題也變得重要，經(jīng)典流體潤滑理論中的等溫假設(shè)不再適用，必須研究油膜溫度場問題。 由于計及溫度場，原來解算油膜壓力分布的等溫條件下的雷諾方程改為變溫條件下

2、的廣義雷諾方程，數(shù)值求解廣義雷諾方程計算工作量更大，因此，我們將變分不等方程方法計算等溫條件下雷諾方程推廣到了變溫條件下廣義雷諾方程求解，并提出了廣義雷諾方程的一維直接解法。 在原二維溫度場模型基礎(chǔ)上，建立了軸承溫粘熱效應一維分析模型，既考慮了油膜的溫度效應，又提供了求解油膜溫度場的直接、快速新方法。計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合，運算時間得到大幅度縮減，適用于對計及溫度效應下油膜潤滑特性的工程分析。 這二部分是工作本文的主要創(chuàng)

3、新內(nèi)涵，它們又包含了若干個創(chuàng)新點，具體內(nèi)容如下： 1.建立了有限寬，非穩(wěn)態(tài)軸承的壓力軸向解析，周向一維有限元分布模型?；跐M足雷諾邊界條件下的廣義雷諾方程的變分原理和與它等價的變分不等方程，互補方程，將壓力函數(shù)分離變量，變分方程取極值，確定出壓力軸向方向雙曲余弦函數(shù)式，從而將原本求解油膜壓力的二維變分不等方程降階為一維形式。 2.提出了用一維直接解法求解非線性非穩(wěn)態(tài)油膜力的一維模型，油膜破裂邊界無需迭代，可直接確定。用非

4、穩(wěn)態(tài)油膜力的一般表達形式表述了本文非線性油膜力一維模型。通過軸瓦入口處的代數(shù)式符號判斷油膜壓力計算起始位置，實現(xiàn)了對所有的軸瓦統(tǒng)一處理。無需形成總剛度系數(shù)矩陣后再進行求解，油膜壓力和動特性系數(shù)數(shù)值模擬全在正壓區(qū)域內(nèi)，節(jié)約計算量。采用了牛頓迭代方法求解給定載荷下軸頸靜平衡位置點，收斂速度很快，同時應用一維直接解法求解油膜力的雅克比矩陣時幾乎不增加計算量。 3.首次將約束迭代法成功應用到求解廣義雷諾方程中。采用有限元法實現(xiàn)了軸承三維

5、和二維溫粘熱效應下控制方程計算，驗證了軸承油膜溫度場沿軸向變化的確很小可以忽略，軸向各截面上溫度場可用軸承中心對稱面上的溫度場代替這一結(jié)論，為二維和一維溫度場模型建立打下了基礎(chǔ)。 4.建立了軸承溫粘熱效應一維穩(wěn)態(tài)分析模型。忽略周向速度中泊肅葉流項的影響，實現(xiàn)了廣義雷諾方程和油膜溫度場控制方程的解耦。假定二維溫度場徑向二項式分布形式，控制方程作徑向積分，獲得了平均意義上的周向一維溫度場分布的簡單模型。軸頸表面溫度設(shè)定為常數(shù)，油膜和

6、軸瓦、軸頸接觸面上選用導熱或絕熱邊界條件計算，避免了油膜溫度場方程和軸瓦導熱方程以及油膜與軸瓦接觸面上熱流連續(xù)邊界條件的迭代過程，降低了運算時間。 5.應用軸承一維溫度場分析模型計算了二油葉軸承上油膜與軸瓦接觸面處溫度，計算結(jié)果與實驗吻合，變化趨勢一致；同時，軸瓦導熱和軸頸絕熱邊界條件更接近于實驗結(jié)果。作為應用，對三油葉軸承進行了溫粘熱效應計算。 6.首次引入牛頓迭代法，實現(xiàn)了給定工況下的溫粘效應下油膜潤滑特性分析，實現(xiàn)