高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法技术

本发明专利技术提供了一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，其包括以下步骤：步骤1，考虑空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应等多因素的耦合作用，建立高速水润滑动压螺旋槽径向轴承润滑模型；步骤2，高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能分析计算；步骤3，高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计，以获得尽可能高的承载力、直接刚度和稳定性，尽可能低的摩擦功耗和温升。采用本发明专利技术提供的高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，能够大幅提高该类轴承静动态性能设计精度，降低设计风险，为此类轴承性能分析和工程设计提供有效方法。

【技术实现步骤摘要】
高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法
本专利技术涉及一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，属于滑动轴承设计领域。
技术介绍
近年来，水润滑轴承技术倍受国内外关注。根据承载原理的不同，水润滑轴承可分为水润滑静压轴承和水润滑动压轴承两种。水润滑静压轴承依靠外界高压供水系统强制形成润滑膜，外围设备成本高，占用空间大，在工程上的广泛应用受到了严重制约；而水润滑动压轴承能依靠主轴的转动自主地形成动压流体膜，结构简单，成本低。更重要的是，与普通的水润滑动压轴承相比，水润滑动压螺旋槽径向轴承集稳定性好、摩擦功耗低和自动泵送作用等优良性能于一体，可望在高速旋转机械中获得工程应用。高速工况下，水润滑动压螺旋槽径向轴承中的空化现象严重，轴承处于气-液二相流润滑状态，空化问题的本质在于两相界面上存在质量、动量和能量传递；同时，高速水润滑动压螺旋槽径向轴承中的流体对流惯性力、紊流和温升问题凸显；更重要的是，空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应还会相互耦合，轴承的紊态空化流的热动力润滑机理十分复杂。然而，现有的动压螺旋槽径向轴承润本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1：考虑多因素的耦合作用，包括空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应，建立高速水润滑动压螺旋槽径向轴承润滑模型；/n步骤2：高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能分析计算；/n步骤3：高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计，以获得尽可能高的承载力、直接刚度和稳定性，尽可能低的摩擦功耗和温升。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：考虑多因素的耦合作用，包括空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应，建立高速水润滑动压螺旋槽径向轴承润滑模型；
步骤2：高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能分析计算；
步骤3：高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计，以获得尽可能高的承载力、直接刚度和稳定性，尽可能低的摩擦功耗和温升。


2.根据权利要求1所述的一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：
步骤1a：坐标系的建立与转换
槽型是由固连在刻槽面的坐标系来描述，空间坐标系与旋转的轴颈固连，坐标垂直于坐标z和θ；惯性坐标系(x,y,z)与静止的轴瓦固连，周向角坐标Θ是从x轴正向计起，绕z轴逆时针为正；
采用边界拟合坐标系对径向轴承的几何形状进行转换，物理平面(z,θ)和计算平面(ξ,η)之间的转换关系为：



式中：R为轴承半径；β为螺旋角；Lg为槽部长度；
步骤1b：液相静动态广义雷诺方程的建立
液相静态广义雷诺方程为：



式中：下标1-4表示控制体积中的区域；p0为稳态水膜压力；和为瞬时质量流量的稳态分量，其可表示为：



式中：αl为液相体积分数；ρl为液相密度；t为时间；h0为轴承处于稳态时的水膜厚度；Ωj,i为以节点(j,i)为中心的控制体；A0～EM0为瞬时质量流量稳态分量和的流量系数，其中



J＝zξ(Rθη)-zη(Rθξ)；
式中：ω为角速度；αb为空泡体积分数；μl为液相动力粘度；kθ和kz分别为周向和轴向紊流系数；Mi为周向动量传递项；Iθ和Iz分别为周向和轴向平均惯性力项；
液相动态广义雷诺方程为：



式中：pγ为扰动水膜压力；和为瞬时质量流量的扰动分量，均为复数，其可表示为：



式中：为瞬时质量流量扰动分量和的流量系数；





υ为小扰动频率；为扰动膜厚，其可表示为：



式中：zc为轴颈倾斜运动中心的z轴坐标；
步骤1c：液相能量方程的建立



式中：h为水膜厚度；为通过膜厚的液相平均温度；和分别为液相的周向和轴向平均速度；Tb和Tj分别为轴瓦和轴颈温度；cv为液相定容比热；Reh为当地雷诺数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋书运，张少文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32