油氣兩相流潤滑靜壓油墊軸承承載機理研究

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1、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）油氣兩相流潤滑靜壓油塾軸承承載機理研究姚松亮二〇一五年五月１１８４５分類號：學(xué)校代號：１２０１０２５ＵＤＣ：密級：學(xué)號：２１１廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）油氣兩相流潤滑靜壓油塾軸承承載機理研究姚松亮指導(dǎo)教師姓名、職稱：李鍛能教授學(xué)科專業(yè)）或領(lǐng)域名稱：機械工程（學(xué)生所屬學(xué)院：機電工程學(xué)院二〇一五年論文答辯日期：５月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉ

2、ｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｇＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｉｅｎｃｅ（ｇｇ）ＬｏａｄＭｅｃｈａｎｉｉｓｍＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｙｄｒｏｓｔａｔｃＯｉｌＰａｄＢｅａｒｎｓｕｎｄｅｒ－ｉｌａｓＰｈａｓｅＦｌｏｗＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎｉｇＯｇＣａｎｄ：ｌｎｉｄａｔｅＹａｏＳｏｎｇｉａｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬｉＤｕａｎｎｅｎｇＭａ２０１５ｙＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ

3、ａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｚｈｏｕＧｕａｎｄｏｎＰ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ５１０００６ｇ，，ｇｇ，摘要摘要滑動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，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空氣滑動軸承轉(zhuǎn)速高，但承載性能差。液體滑動軸承則承載性能好，但轉(zhuǎn)速較低。這些差異性限制了高速大負(fù)載精密機床主軸軸承技術(shù)的發(fā)展，影響了我國高速大負(fù)載精

4、一密裝備技術(shù)進步提髙。油氣兩相流潤滑作為一于傳統(tǒng)單相流體潤滑具有優(yōu)良的冷種新型潤滑技術(shù)，相對卻性能和潤滑性能，而且耗油量低、潤滑效率高、經(jīng)濟又環(huán)保，己在多個潤滑領(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幵報道。國內(nèi)外關(guān)于油氣兩相流動壓軸承的研究雖有所報道，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，，兩相流潤滑研宄理論相對缺乏通過實驗在不同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)用于滑動軸承總體是有效的。本論文研宄將油氣潤

5、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)，形成穩(wěn)定、均勾的油氣兩相膜，實現(xiàn)良好的承載能力，高速流動的壓縮空氣可高效的帶走摩擦熱量。研宄的目的是發(fā)展新型的滑動軸承潤滑技術(shù)，提高滑動軸承的綜合性能。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理入手通過仿真和實驗的方法開展相關(guān)基礎(chǔ)性研究。論文從以下幾個方面開展相關(guān)工作：１．建立靜壓油塑軸承結(jié)構(gòu)，模擬軸承的潤滑工況，借鑒并改進旋轉(zhuǎn)式粘度測試方法，建立油氣兩相

6、流粘度模型。通過理論研宄，推導(dǎo)滑動軸承油氣兩相流潤滑的一Ｒｅｙｎｏｌｄｓ修正方程。靜壓軸承為多點潤滑，潤滑工況對潤滑介質(zhì)的穩(wěn)定性和均性要求荀刻，，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宄軸承間隙中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，探尋適合靜壓軸承潤滑結(jié)構(gòu)的流型。論文利用聯(lián)合仿真１廣東工業(yè)大學(xué)碩士

7、學(xué)位論文的方法，進行輸送管內(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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，研宄油氣潤滑系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，確定實驗靜壓油塾軸承的設(shè)計參數(shù)和潤滑工況，建造靜壓油墊軸承浮起實驗臺，為實驗臺配備相匹配的油氣潤滑系統(tǒng)。４．在靜壓油塾軸承浮起實驗臺上開展油氣兩相膜靜態(tài)承載實驗研究，驗證理論分析結(jié)果。在各個載荷工況下，測量實驗軸浮起位移量作為性能指標(biāo)，以油氣兩

8、相流含，及軸承間隙作為實驗變量開展實驗研宄油率，潤滑油粘度，節(jié)流孔尺寸，得到靜壓油墊軸承位移－載荷曲線和位移－剛度曲線。并與單相流體（氣或液）潤滑工況進行對比。關(guān)鍵詞：靜壓軸承；油氣潤滑；油氣兩相流；靜態(tài)承載性能；流變特性ＩＩＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＡｓｓｌｉｄｉｎｂｅａｒｉｎｓｈａｖｅａｄｖａｎｔ