油气两相流润滑静压油垫轴承承载机理研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）油气两相流润滑静压油塾轴承承载机理研究姚松亮二〇一五年五月１１８４５分类号：学校代号：１２０１０２５ＵＤＣ：密级：学号：２１１广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）油气两相流润滑静压油塾轴承承载机理研究姚松亮指导教师姓名、职称：李锻能教授学科专业）或领域名称：机械工程（学生所属学院：机电工程学院二〇一五年论文答辩日期：５月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉ

2、ｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｇＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎＳｃｉｅｎｃｅ（ｇｇ）ＬｏａｄＭｅｃｈａｎｉｉｓｍＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＨｙｄｒｏｓｔａｔｃＯｉｌＰａｄＢｅａｒｎｓｕｎｄｅｒ－ｉｌａｓＰｈａｓｅＦｌｏｗＬｕｂｒｉｃａｔｉｏｎｉｇＯｇＣａｎｄ：ｌｎｉｄａｔｅＹａｏＳｏｎｇｉａｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬｉＤｕａｎｎｅｎｇＭａ２０１５ｙＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ

3、ａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｚｈｏｕＧｕａｎｄｏｎＰ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ５１０００６ｇ，，ｇｇ，摘要摘要滑动轴承具有较高的回转精度、良好的阻尼特性和抗振性、无磨损寿命长等优点，依然是高速精密磨床、车床以及高速精密加工中心主轴轴承技术的重要选择。传统的空气滑动轴承转速高，但承载性能差。液体滑动轴承则承载性能好，但转速较低。这些差异性限制了高速大负载精密机床主轴轴承技术的发展，影响了我国高速大负载精

4、一密装备技术进步提髙。油气两相流润滑作为一于传统单相流体润滑具有优良的冷种新型润滑技术，相对却性能和润滑性能，而且耗油量低、润滑效率高、经济又环保，己在多个润滑领域得到应用。目前，油气润滑技术成功应用于静压轴承尚未见到公幵报道。国内外关于油气两相流动压轴承的研究虽有所报道，但润滑效果存在较大差异。分析原因是油气两相流粘度特性和流变特性十分复杂，，两相流润滑研宄理论相对缺乏通过实验在不同的研究工况下得到的结果差别较大。但研究表明油气润滑技术应用于滑动轴承总体是有效的。本论文研宄将油气润

5、滑技术应用于静压轴承。油气介质通过正确输送，在轴承间隙中发生流变效应，形成稳定、均勾的油气两相膜，实现良好的承载能力，高速流动的压缩空气可高效的带走摩擦热量。研宄的目的是发展新型的滑动轴承润滑技术，提高滑动轴承的综合性能。由于相关理论研究不够成熟，尚没有形成有效的静压轴承油气润滑理论，，，本文试图从静压轴承油气两相膜承载机理入手通过仿真和实验的方法开展相关基础性研究。论文从以下几个方面开展相关工作：１．建立静压油塑轴承结构，模拟轴承的润滑工况，借鉴并改进旋转式粘度测试方法，建立油气两相

6、流粘度模型。通过理论研宄，推导滑动轴承油气两相流润滑的一Ｒｅｙｎｏｌｄｓ修正方程。静压轴承为多点润滑，润滑工况对润滑介质的稳定性和均性要求荀刻，，为此提出联合仿真的方法，基于ＶＯＦ理论建立多相流模型研宄轴承间隙中油气两相膜分布形态，探寻适合静压轴承润滑结构的油气两相流比例含量，在此基础上对油气两相膜静态承载特性进行仿真研究。２．油气润滑系统由油气两相流发生、输送装置和润滑结构组成，需要研究输送管内油气两相流流型及其特点，探寻适合静压轴承润滑结构的流型。论文利用联合仿真１广东工业大学硕士

7、学位论文的方法，进行输送管内形成油气环状流的仿真研究，研究气相速度和液相速度对输送管内油气环状流形成的影响。结合油气两相流理论，揭示输送管内油气环状流转变机理，更好的满足静压轴承润滑工况。３．根据静压轴承工作特点，研宄油气润滑系统中的关键零部件，确定实验静压油塾轴承的设计参数和润滑工况，建造静压油垫轴承浮起实验台，为实验台配备相匹配的油气润滑系统。４．在静压油塾轴承浮起实验台上开展油气两相膜静态承载实验研究，验证理论分析结果。在各个载荷工况下，测量实验轴浮起位移量作为性能指标，以油气两

8、相流含，及轴承间隙作为实验变量开展实验研宄油率，润滑油粘度，节流孔尺寸，得到静压油垫轴承位移－载荷曲线和位移－刚度曲线。并与单相流体（气或液）润滑工况进行对比。关键词：静压轴承；油气润滑；油气两相流；静态承载性能；流变特性ＩＩＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＡｓｓｌｉｄｉｎｂｅａｒｉｎｓｈａｖｅａｄｖａｎｔ