油氣兩相流潤滑靜壓油墊軸承承載機(jī)理研究.pdf

1、滑動(dòng)軸承具有較高的回轉(zhuǎn)精度、良好的阻尼特性和抗振性、無磨損壽命長等優(yōu)點(diǎn)，依然是高速精密磨床、車床以及高速精密加工中心主軸軸承技術(shù)的重要選擇。傳統(tǒng)的空氣滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)速高，但承載性能差。液體滑動(dòng)軸承則承載性能好，但轉(zhuǎn)速較低。這些差異性限制了高速大負(fù)載精密機(jī)床主軸軸承技術(shù)的發(fā)展，影響了我國高速大負(fù)載精密裝備技術(shù)進(jìn)一步提高。
　　油氣兩相流潤滑作為一種新型潤滑技術(shù)，相對于傳統(tǒng)單相流體潤滑具有優(yōu)良的冷卻性能和潤滑性能，而且耗油量低、潤滑效率高

2、、經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，已在多個(gè)潤滑領(lǐng)域得到應(yīng)用。目前，油氣潤滑技術(shù)成功應(yīng)用于靜壓軸承尚未見到公開報(bào)道。國內(nèi)外關(guān)于油氣兩相流動(dòng)壓軸承的研究雖有所報(bào)道，但潤滑效果存在較大差異。分析原因是油氣兩相流粘度特性和流變特性十分復(fù)雜，兩相流潤滑研究理論相對缺乏，通過實(shí)驗(yàn)在不同的研究工況下得到的結(jié)果差別較大。但研究表明油氣潤滑技術(shù)應(yīng)用于滑動(dòng)軸承總體是有效的。
　　本論文研究將油氣潤滑技術(shù)應(yīng)用于靜壓軸承。油氣介質(zhì)通過正確輸送，在軸承間隙中發(fā)生流變效應(yīng)，形成

3、穩(wěn)定、均勻的油氣兩相膜，實(shí)現(xiàn)良好的承載能力，高速流動(dòng)的壓縮空氣可高效的帶走摩擦熱量。研究的目的是發(fā)展新型的滑動(dòng)軸承潤滑技術(shù)，提高滑動(dòng)軸承的綜合性能。由于相關(guān)理論研究不夠成熟，尚沒有形成有效的靜壓軸承油氣潤滑理論，本文試圖從靜壓軸承油氣兩相膜承載機(jī)理入手，通過仿真和實(shí)驗(yàn)的方法，開展相關(guān)基礎(chǔ)性研究。
　　論文從以下幾個(gè)方面開展相關(guān)工作:
　　1.建立靜壓油墊軸承結(jié)構(gòu)，模擬軸承的潤滑工況，借鑒并改進(jìn)旋轉(zhuǎn)式粘度測試方法，建立油氣兩相

4、流粘度模型。通過理論研究，推導(dǎo)滑動(dòng)軸承油氣兩相流潤滑的Reynolds修正方程。靜壓軸承為多點(diǎn)潤滑，潤滑工況對潤滑介質(zhì)的穩(wěn)定性和均一性要求苛刻，為此提出聯(lián)合仿真的方法，基于VOF理論建立多相流模型，研究軸承間隙中油氣兩相膜分布形態(tài)，探尋適合靜壓軸承潤滑結(jié)構(gòu)的油氣兩相流比例含量，在此基礎(chǔ)上對油氣兩相膜靜態(tài)承載特性進(jìn)行仿真研究。
　　2.油氣潤滑系統(tǒng)由油氣兩相流發(fā)生、輸送裝置和潤滑結(jié)構(gòu)組成，需要研究輸送管內(nèi)油氣兩相流流型及其特點(diǎn)，探尋

5、適合靜壓軸承潤滑結(jié)構(gòu)的流型。論文利用聯(lián)合仿真的方法，進(jìn)行輸送管內(nèi)形成油氣環(huán)狀流的仿真研究，研究氣相速度和液相速度對輸送管內(nèi)油氣環(huán)狀流形成的影響。結(jié)合油氣兩相流理論，揭示輸送管內(nèi)油氣環(huán)狀流轉(zhuǎn)變機(jī)理，更好的滿足靜壓軸承潤滑工況。
　　3.根據(jù)靜壓軸承工作特點(diǎn)，研究油氣潤滑系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，確定實(shí)驗(yàn)靜壓油墊軸承的設(shè)計(jì)參數(shù)和潤滑工況，建造靜壓油墊軸承浮起實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為實(shí)驗(yàn)臺(tái)配備相匹配的油氣潤滑系統(tǒng)。
　　4.在靜壓油墊軸承浮起實(shí)驗(yàn)臺(tái)上