考慮溫粘熱效應(yīng)的滑動(dòng)軸承非線性油膜力模型研究及其應(yīng)用.pdf

1、考慮溫粘熱效應(yīng)的滑動(dòng)軸承非線性油膜力模型研究及應(yīng)用非線性油膜力計(jì)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(jì)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(wèn)題被再次提出。同時(shí)，隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的大型、高速和高效趨勢(shì)，軸承中的傳熱問(wèn)題也變得重要，經(jīng)典流體潤(rùn)滑理論中的等溫假設(shè)不再適用，必須研究油膜溫度場(chǎng)問(wèn)題。 由于計(jì)及溫度場(chǎng)，原來(lái)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(jì)算工作量更大，因此，我們將變分不等方程方法計(jì)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(chǎng)模型基礎(chǔ)上，建立了軸承溫粘熱效應(yīng)一維分析模型，既考慮了油膜的溫度效應(yīng)，又提供了求解油膜溫度場(chǎng)的直接、快速新方法。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，運(yùn)算時(shí)間得到大幅度縮減，適用于對(duì)計(jì)及溫度效應(yīng)下油膜潤(rùn)滑特性的工程分析。 這二部分是工作本文的主要?jiǎng)?chuàng)

3、新內(nèi)涵，它們又包含了若干個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，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(jià)的變分不等方程，互補(bǔ)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(wú)需迭代，可直接確定。用非

4、穩(wěn)態(tài)油膜力的一般表達(dá)形式表述了本文非線性油膜力一維模型。通過(guò)軸瓦入口處的代數(shù)式符號(hào)判斷油膜壓力計(jì)算起始位置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有的軸瓦統(tǒng)一處理。無(wú)需形成總剛度系數(shù)矩陣后再進(jìn)行求解，油膜壓力和動(dòng)特性系數(shù)數(shù)值模擬全在正壓區(qū)域內(nèi)，節(jié)約計(jì)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(diǎn)，收斂速度很快，同時(shí)應(yīng)用一維直接解法求解油膜力的雅克比矩陣時(shí)幾乎不增加計(jì)算量。 3.首次將約束迭代法成功應(yīng)用到求解廣義雷諾方程中。采用有限元法實(shí)現(xiàn)了軸承三維

5、和二維溫粘熱效應(yīng)下控制方程計(jì)算，驗(yàn)證了軸承油膜溫度場(chǎng)沿軸向變化的確很小可以忽略，軸向各截面上溫度場(chǎng)可用軸承中心對(duì)稱面上的溫度場(chǎng)代替這一結(jié)論，為二維和一維溫度場(chǎng)模型建立打下了基礎(chǔ)。 4.建立了軸承溫粘熱效應(yīng)一維穩(wěn)態(tài)分析模型。忽略周向速度中泊肅葉流項(xiàng)的影響，實(shí)現(xiàn)了廣義雷諾方程和油膜溫度場(chǎng)控制方程的解耦。假定二維溫度場(chǎng)徑向二項(xiàng)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(chǎng)分布的簡(jiǎn)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(dǎo)熱或絕熱邊界條件計(jì)算，避免了油膜溫度場(chǎng)方程和軸瓦導(dǎo)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(guò)程，降低了運(yùn)算時(shí)間。 5.應(yīng)用軸承一維溫度場(chǎng)分析模型計(jì)算了二油葉軸承上油膜與軸瓦接觸面處溫度，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合，變化趨勢(shì)一致；同時(shí)，軸瓦導(dǎo)熱和軸頸絕熱邊界條件更接近于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。作為應(yīng)用，對(duì)三油葉軸承進(jìn)行了溫粘熱效應(yīng)計(jì)算。 6.首次引入牛頓迭代法，實(shí)現(xiàn)了給定工況下的溫粘效應(yīng)下油膜潤(rùn)滑特性分析，實(shí)現(xiàn)