随机粗糙表面对非牛顿磁流体轴承润滑性能的影响

为了研究应力偶效应和粗糙表面形貌效应对磁流体轴承润滑性能的双重影响,首先采用蒙特卡罗方法对具有高斯分布的随机粗糙表面进行表征,并与扫描电子显微镜下实际加工表面形貌图进行对比,同时基于Christensen随机模型和Stokes微连续理论,推导出随机广义非牛顿雷诺方程,通过有限差分法对微尺度条件下磁流体轴承进行数值模拟,分析横向和纵向粗糙模型下不同参数对磁流体轴承润滑特性的影响。结果表明:实际的工程粗糙表面具有各向异性;不同粗糙模型对承载性能的影响趋势与宽径比有关,当粗糙度参数为0.3,轴承宽径比为0.5时,纵向粗糙模型将使最大无量纲压力提升3.9%,而横向模型将会削弱压力水平;当宽径比增至2.0时,横向粗糙模型将使其提升5.7%,从而改善承载性能;动力参数、磁力系数以及应力偶参数的增加均能不同程度地增强液膜压力水平,其中后两者的增加将会使粗糙模型的影响效应显著增强,同时承载力增大且偏位角减小;当应力偶参数从0.2增至0.5时,粗糙模型对承载力的影响趋势随宽径比变化的分界点从1.70增至1.95。

考虑应力偶效应的非牛顿磁流体轴承润滑性能分析

基于考虑应力偶和磁场的雷诺方程,对非牛顿磁流体润滑轴承进行数值分析。研究了不同应力偶参数、磁力系数对液膜压力、承载力以及偏位角的影响,并与牛顿流体数值结果进行比较。结果表明,相比于牛顿流体润滑剂,应力偶效应将显著改善轴承润滑性能,随着应力偶参数的增大,压力和承载力随之增大,且偏心率较大时,压力和承载力随应力偶参数的变化幅度明显;随着磁力系数的增大,压力和承载力相应增大,偏位角减小,且应力偶参数越大,磁力系数对压力、承载力及偏位角的影响越显著,同时液膜破裂初始点右移,空穴区域缩小。