油氣兩相流潤滑靜壓油墊軸承承載機理研究.pdf

1、滑動軸承具有較高的回轉精度、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的重要選擇。傳統(tǒng)的空氣滑動軸承轉速高，但承載性能差。液體滑動軸承則承載性能好，但轉速較低。這些差異性限制了高速大負載精密機床主軸軸承技術的發(fā)展，影響了我國高速大負載精密裝備技術進一步提高。
　　油氣兩相流潤滑作為一種新型潤滑技術，相對于傳統(tǒng)單相流體潤滑具有優(yōu)良的冷卻性能和潤滑性能，而且耗油量低、潤滑效率高

2、、經濟又環(huán)保，已在多個潤滑領域得到應用。目前，油氣潤滑技術成功應用于靜壓軸承尚未見到公開報道。國內外關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雜，兩相流潤滑研究理論相對缺乏，通過實驗在不同的研究工況下得到的結果差別較大。但研究表明油氣潤滑技術應用于滑動軸承總體是有效的。
　　本論文研究將油氣潤滑技術應用于靜壓軸承。油氣介質通過正確輸送，在軸承間隙中發(fā)生流變效應，形成

3、穩(wěn)定、均勻的油氣兩相膜，實現良好的承載能力，高速流動的壓縮空氣可高效的帶走摩擦熱量。研究的目的是發(fā)展新型的滑動軸承潤滑技術，提高滑動軸承的綜合性能。由于相關理論研究不夠成熟，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，開展相關基礎性研究。
　　論文從以下幾個方面開展相關工作:
　　1.建立靜壓油墊軸承結構，模擬軸承的潤滑工況，借鑒并改進旋轉式粘度測試方法，建立油氣兩相

4、流粘度模型。通過理論研究，推導滑動軸承油氣兩相流潤滑的Reynolds修正方程。靜壓軸承為多點潤滑，潤滑工況對潤滑介質的穩(wěn)定性和均一性要求苛刻，為此提出聯合仿真的方法，基于VOF理論建立多相流模型，研究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構的油氣兩相流比例含量，在此基礎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、輸送裝置和潤滑結構組成，需要研究輸送管內油氣兩相流流型及其特點，探尋

5、適合靜壓軸承潤滑結構的流型。論文利用聯合仿真的方法，進行輸送管內形成油氣環(huán)狀流的仿真研究，研究氣相速度和液相速度對輸送管內油氣環(huán)狀流形成的影響。結合油氣兩相流理論，揭示輸送管內油氣環(huán)狀流轉變機理，更好的滿足靜壓軸承潤滑工況。
　　3.根據靜壓軸承工作特點，研究油氣潤滑系統(tǒng)中的關鍵零部件，確定實驗靜壓油墊軸承的設計參數和潤滑工況，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.在靜壓油墊軸承浮起實驗臺上