双矩形腔静压滑动轴承高速时的油膜润滑特性

针对静压轴承运行过程中因工作转速(尤其是较高转速)的变化和内部流体受压摩擦发热导致油膜变薄,进而影响机械加工精度和运行可靠性的问题,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜润滑特性.该研究方法针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,建立了轴承油膜润滑特性理论分析模型,采用C语言编辑了用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,利用有限体积法仿真分析了该型号轴承在80、100、120、140、160、180和200 r/min高转速下的油膜动态性能,揭示出高转速下膜厚变化对油腔温度、压力、流速、封油边处流量的影响规律.最后,通过设计试验测试了一定载荷下不同转速时的油膜厚度、油腔压力和温度的变化,并对理论分析和仿真模拟加以验证.研究发现,高速下的静压轴承随着油膜厚度减小,油膜温度升高加快,其黏度下降导致高速运转下润滑油变稀,形成的动压不足以补偿压力损失的压降,导致低膜厚下工作转速升高油腔内压力值反而有所降低.

双矩形腔静压推力轴承内部流场动态分析

以Q1-205型双矩形腔静压推力轴承为研究对象,采用理论分析、动态仿真和实验测试相结合的研究方法,针对6种入口流速和3种工作转速工况油膜厚度变化对静压轴承的速度场、涡度及压力场进行了分析。采用动网格技术得出不同工况参数下膜厚与封油边流量、涡度、油膜压力关系曲线,揭示了油膜性能动态变化规律。研究发现,油腔内的低速区和高涡度区集中分布于逆流侧封油边处,且油膜厚度越小集中现象越显著,随着入口流速增大,油腔压力升高,低膜厚下高速时由于压力损失严重使得腔内压力随工作转速的增加而有所减少。

基于热油携带的静压支承油膜温度场及试验

为了更加准确地阐明静压支承油膜发热机理,提出了一种考虑热油携带的油膜温升计算方法。定义了油膜热油携带因子并推导出表达式,从理论上对不同工况条件扇环腔油垫是否发生热油携带进行了判定。建立了热油携带影响下供油温升方程,采用有限体积法进行油膜温度场模拟,得到不同工况条件下考虑热油携带的油膜温升曲线,并与试验结果进行对比分析,吻合较好。结果表明:针对本结构静压支承,当转速小于10 r/min时,任何载荷工况下均无热油携带发生;当转速大于60 r/min时,在整个载荷范围(0~32 t)内均有热油携带现象发生。当发生热油携带时,油膜温升加剧,且转速对温升的影响比载荷对温升的影响更明显。

扇环腔静压支承油膜热油携带理论及仿真分析

为分析扇环腔静压支承油膜的发热机理,分别在不同转速及外载荷工况条件下对热油携带因子进行了理论计算和数值模拟仿真。结果得出:Q1-235型油垫的静压支承工作台角速度小于等于10 r/min时,任何载荷工况下都没有热油携带现象产生;当工作台转速大于60 r/min时,在承载范围0～32 t内均有热油携带现象产生。

变黏度静压滑动轴承高速时油膜动态润滑特性

静压滑动轴承转台直径大(D=4.5 m),高转速运行时产生线速度值很大,其内部润滑油膜受压及剪切发热导致油膜变薄进而影响到机床加工精度和运行可靠性。针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜动态润滑特性。建立该静压轴承的流量、承载力、油膜温升等理论模型,自定义用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,选取外载荷12 t,转速为80~200 r/min(线速度18~48 m/s)高速下的工况条件参数进行动态润滑特性数值模拟,并进行相同工况参数下的试验验证,揭示出高速时油膜厚度变化对油膜温度、油腔压力、封油边处流量的影响规律。研究发现,该型号轴承在承载12 t时,随着膜厚的减小,油膜剪切发热严重,温升加剧,且高速下受润滑油黏度变化影响造成压力损失严重,研究数据为工程上静压轴承可靠运行提供理论依据。