流体动压滑动轴承静特性研究

径向滑动轴承被广泛应用于汽轮机、燃气轮机、齿轮箱等动力传输系统中，具有承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等突出特点。对滑动轴承的温升控制是保证滑动轴承承载能力、定位精度的必要条件，随着工程应用对高转速、高载荷滑动轴承的需求，滑动轴承轴瓦温升问题逐渐成为人们关心的焦点。本文以径向滑动轴承为研究对象，采用理论计算与试验相结合的方法，深入分析了滑动轴承的静特性及影响因素，为滑动轴承的优化设计提供了理论基础。本文主要工作内容如下： (1)论文详细介绍了滑动轴承静特性、润滑方式、油膜空穴、结构形式的国内外研究现状。建立了描述滑动轴承流场的输运方程，并考虑了滑动轴承油膜的空穴效应及润滑油的粘温效应，利用SIMPLE算法求解了控制方程，验证了网格独立性，并与以往学者的研究成果进行了对比。 (2)论述了滑油粘性耗散、滑油粘温特性、滑油通流特性之间的耦合关系，分析了滑动轴承内滑油润滑冷却的换热机理，进一步通过对比计算说明在滑动轴承流场计算中，考虑滑油粘温效应的必要性及重要性。计算并分析了供油压力、供油温度、空穴压力对滑动轴承静特性的影响，以及油膜压力、轴瓦温度、空穴气相体积分数等参数的分布变化规律。 (3)分析了周向凹槽和轴向微尺度凹槽对滑动轴承静特性的影响规律。结果表明，周向凹槽对滑动轴承的影响体现在两个方面，当凹槽深度小于毫米量级时，周向凹槽对静特性影响较小，当凹槽深度处于毫米量级时，影响较大，在承载区开有毫米量级周向凹槽会降低滑动轴承的静特性，而在非承载区开有毫米量级周向凹槽会提高滑动轴承的承载力。轴向微尺度凹槽会降低滑动轴承的静特性。 (4)为了进一步研究周向凹槽结构变化对轴承静特性的影响机理，本文分析了滑动轴承中的二次流。首先研究了同心圆筒以及顶盖驱动流场中的涡结构，进一步分析了滑动轴承中的涡流，包括油膜流场的泰勒涡以及由于剪切流动在凹槽内形成的驱动涡。当滑动轴承轴瓦开有凹槽后，随着Re的增大，凹槽内开始出现Taylor涡旋，Taylor出现后滑动轴承的换热能力得到提高。由于受到主轴运动的剪切作用，当轴瓦周向凹槽尺度在毫米量级时，滑动轴承轴瓦凹槽内的产生驱动涡，使得流体产生向着与主轴转动相反方向的流动，这种反向回流运动使得凹槽在承载区时滑油流量减少，凹槽在非承载区时流量增加，当轴瓦周向凹槽尺度在微米量级时，没有发生反向流动现象。 (5)在M2000-A型摩擦磨损试验机上进行了滑动轴承的试验研究。测量了轴承摩擦力矩和轴瓦最大温升值，并与理论计算结果进行了对比，分析了试验误差。