极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

极端工况条件下,静压支承间隙润滑油膜受到强挤压力与强剪切力的联合作用,润滑油的温度升高,黏度下降,油膜变薄,导致运行过程中极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得。为解决此技术难题,设计一种新型油垫可倾式静压支承结构,形成静动压混合推力轴承,提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承,建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。使用Solidworks 3维软件建立静压支承油膜的3维几何模型,利用ANSYS ICEM软件进行高质量的间隙油膜结构化网格划分,将油膜网格导入ANSYS CFX设置对应的边界条件,应用MATLAB拟合46#润滑油的黏温关系曲线进行变黏度仿真,求解并分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征,求得摩擦副热力耦合变形。将变形场数据提取并导入MATLAB中进行数据处理,获得3维油膜形貌,判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置,获得油膜厚度状态,验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明:极端工况下,该新型结构润滑效果大大改善,轻载高速时热变形起主导作用,油膜厚度差异较大;低速重载时力变形占主导地位,油膜较平滑;油腔外侧封油边交角处变形最大,此处油膜最薄,易发生摩擦学失效。