滑动轴承润滑油物性影响因素及油膜流场特性分析研究

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滑动轴承是汽轮机、压缩机等大型重载旋转机械的重要部件,其依靠在轴瓦和轴颈间楔形间隙的润滑介质承受转子动静载荷、减小摩擦面间的摩擦、传递摩擦产生的热量等[1]。轴承的动静力特性直接影响到整个设备的安全稳定运行,而其间隙内润滑介质的物理性质和流场特性是构成其动静力宏观特性的基础,起到了决定性的作用。润滑油黏性是保证其机械性能的核心要素,在转子转动时润滑油由于有黏性而形成的动压油膜会与转子转动相耦合而影响轴承的稳定运行。因此,润滑油相关理化方面的基本性质研究成为热点问题。故本文将研究有关润滑油的一些基本性质,并在此基础上对滑动轴承内的油膜流场进行建模和数值计算求解。本文通过理论与实验相结合的方法,对润滑油含气量的相关物性以及超声波对润滑油的作用效应做了探究,并在最后基于有限差分法采用Matlab编程数值计算求解变黏度条件下的无量纲Reynolds方程,根据边界条件的设定计算得到整个油膜分布的压力场。本文的主要工作如下:理论方面,通过研究滑动轴承的工作原理和特性,对纳维-斯托克斯方程(N-S方程)进行合理简化得到二维Reynolds方程;阐述气体在润滑油中的溶解机理和几种测量含气量的方法,并提出对真空压差法的改进方法;对超声波作用于液体主要的三种效应在微观层面做出分析,对超声波的降黏机理作出理论解释;根据Reynolds方程,选取适合的参数,推导出其定黏度条件下和变黏度条件下的无量纲式。实验方面,润滑油含气量检测仪FOAM XL-X对几种润滑油进行实验,分析背压、温度对润滑油含气量的影响以及含气量的润滑油黏度之间的定性关系;在超声实验装置内用一定频率和功率的超声波作用于润滑油,分析超声波对润滑油物性的作用效果,并与以温度为单一变量的对照组做对比,分析超声波对润滑油降黏效果的影响。通过实验和理论研究得到以下结果:润滑油含气量随背压增大不断减小,随温度升高先增大后减小,在背压和温度一定时,含气量越大,黏度越低,进而提出一种工程上可以使用的润滑油升黏方法;达到相同温度时,超声波作用的黏度变化率比单纯的水浴加热的黏度变化率更高,其原因是超声波的空化和机械效应增加了润滑油的含气量;采用Matlab编程数值计算求解变黏度条件下的无量纲Reynolds方程,得到整个油膜分布的压力场。
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