论文液体动压轴承的设计和油膜压力仿真分析，本文是关于轴承相关论文范文数据库与液体动压轴承和仿真和压力有关学士学位论文范文.
摘 要：介绍了液体动压轴承的工作原理,参照滑动轴承的设计流程完成液体动压轴承的设计,以计算流体力学为理论基础,以FLUENT软件为工具,着重研究了偏心率和主轴转速对油膜压力的影响,结果表明该轴承能够满足工作要求.
关键词：液体动压轴承；流体动力学；仿真分析；油膜压力
中图分类号：TH133.37 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2016.12.091
液体动压轴承因具有较强的抗载荷能力和工作稳定性而逐渐被应用在机械压力机中.因此加强对液体动压轴承的设计和研究对提高压力机的冲压精度以及工作寿命具有重要意义.
1 液体动压原理
液体动压轴承的两个摩擦面之间具有极小的楔形空间,当摩擦面以一定的旋转速度相对运动时,流体从间隙的大口流向小口,产生油楔,同时在流体中形成动压力,动压力产生的液膜隔开两摩擦表面并承受载荷[1].
2 液体动压轴承的设计
1）液体动压轴承的设计流程.参照滑动轴承的设计流程来完成液体动压轴承的设计,但需要控制负载条件下的偏心率和温升不能过大.根据压力机的工况要求,进行轴承结构、材料和润滑油的选择,最终进行参数校核[2].图1为轴承设计的基本流程.
2）主要参数及要求.表1为设计轴承的承载能力及尺寸参考值.
3）轴承设计结果.根据轴承设计的基本流程,选择轴承的结构、材料、润滑油,然后确定轴承的工作参数,如宽径比、间隙比、最小油膜厚度等,最后进行轴承参数的检验,并对轴承的平均压强、圆周速度、摩擦热、热平衡等进行校核[3],最终的设计结构见第92页表2.
3 液体动压轴承油膜压力仿真
因机械加工成型的摩擦表面具有一定的不平整度,通常情况下,液体动压轴承的油膜最薄处两表面的微观凸起不发生接触,轴承油膜处于内部摩擦状态,摩擦面不会产生摩擦损坏.但由于油膜具有厚度限制,油的最低黏度不能无限降低,油膜最薄处的微小凸起一旦发生接触,油膜随即破裂,从而导致摩擦表面产生滑动摩擦,磨损增大.因此需要进行油膜压力仿真分析.
1）油膜模型建立.由于施力轴承直接影响压力机的工作精度,因此需要对施力轴承进行油膜压力分析.利用软件Solidworks对油膜进行三维建模,将建好的模型导入Ansys Fluent前置软件Gambit中进行网格划分.
2）油膜压力与偏心率关系.在一定的转速条件下,设定油膜偏心率分别为0.7,0.75,0.8,0.85（沿y轴向下偏心）,根据油膜压力分布情况可知,在偏心率的作用下,油膜压力的最大值出现在油膜的左下方,可以确定此处形成了油楔,因此该区域的油膜压力对冲击载荷起到主要作用.为研究油膜压力极值与偏心率之间的关系,绘制两者之间的关系曲线图（见图2）.由图2可知,随着偏心率的增大,油膜左下方的油膜压力极大值增大,而油膜上方和右下方的压力值逐渐减小,因此整个油膜的承载能力增强.当偏心率达到设计值0.8时,油膜压力的极大值达到8.53 MPa,大于施力轴承的平均压强,因此液体动压轴承的油膜能够承受工作范围内的冲击载荷,不会破裂.
3）油膜压力与转速关系.当偏心率为0.8时,设定转速分别为100 r/min,200 r/min,400 r/min,800 r/min,根据其油膜压力情况可知,油膜压力极大值仍然出现在油膜左下方,为了表现油膜压力极大值与转速的关系,绘制两者之间的关系图（见图3）.由图3可知,油膜压力极大值与转速之间基本呈线性关系,转速越大,油膜的极大值也相应增大,能够承受冲击载荷.同时也需要注意,当转速较低时,很有可能产生承载力不足而导致的油膜破裂现象,因此在压力机的设计过程中,应当确保一定的供油压力以防止此类现象的发生.
综上所述,本文介绍了液体动压轴承的工作原理,根据压力机的工作需求进行液体动压轴承的设计和参数校核.基于计算流体力学,对施力轴承的油膜压力进行仿真分析,分析了油膜压力随偏心率和转速的变化规律,结果表明设计的轴承承载能力符合条件,可以继续进行压力机设计.
参考文献：
[1] 杨益梅.以润滑为中心的齿轮减速器的摩擦学设计[J].机械设计与制造,2009(8):209-211．
[2] 武丽英.滑动轴承试验台计算机测试系统的研究[J].电脑知识与技术,2008(16):1342-1344．
[3] 田海涛.流体动压轴承-转子系统动力特性研究[D].南京:南京航空航天大学,2013.
（责任编辑 石俊仙）
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