【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于滑动轴承润滑性能分析，具体涉及一种热与粘弹效应耦合的动载滑动轴承混合润滑模型建模方法。
技术介绍
1、滑动轴承是柴油机、往复压缩机、汽轮机等机械设备的重要支撑部件，其润滑特性直接影响到机械设备的运行稳定性和安全性。
2、对于工作在高速重载环境中的滑动轴承，其偏心率大，局部间隙小，表面粗糙度的幅值与最小油膜厚度处于同一数量级，轴承处于混合润滑状态。同时，轴承润滑过程中，受到粘性剪切、压缩、粗糙表面摩擦等因素的作用，油膜温度上升，润滑油粘度变化，热效应对润滑性能的影响不可忽略。现有的混合弹流动力润滑(mehd)模型和混合热弹流动力润滑(mtehd)模型普遍假定轴承受载变形是瞬间完成的，然而研究表明轴承材料具有粘弹性，在动态加载过程中，轴瓦变形分为两部分，一部分变形在加载瞬间完成，即瞬态变形，另一部分变形在加载后需要经历一段时间缓慢完成，即时滞变形。受轴瓦变形时滞效应的影响，轴瓦弹性变形与载荷变化并不同步匹配，延迟的变形响应无法及时补偿油膜厚度，从而增大了流体动压效应、粗糙接触概率及界面摩擦机会。因此，对于动载滑动轴承，考虑粘弹效应的混合粘弹流动力润滑(mvehd)模型和混合热粘弹流体动压润滑(mtvehd)模型更符合工程实际。
3、针对动载滑动轴承热与粘弹效应耦合的物理场数值分析尚缺乏理论依据的问题，本专利技术提出了一种热与粘弹效应耦合的动载滑动轴承混合润滑模型建模方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对滑动轴承热效应以及动载滑动轴承受载
2、本专利技术的目的通过以下技术实现：
3、首先，基于平均流量模型，构建考虑表面形貌效应和热效应的广义平均雷诺方程，采用有限差分法对方程进行离散化，并使用超松弛迭代算法获得油膜压力分布。
4、其次，根据油膜压力分布计算压力梯度，求解油膜速度及其速度梯度；构建能量方程和轴瓦热传导方程，设置边界条件，差分计算温度控制方程，直至轴承温度和油膜温度满足收敛条件，获得油膜和轴瓦的温度分布。
5、再次，考虑轴瓦变形时滞效应，计算当前时刻的实际变形，修正膜厚分布；更新润滑油粘度分布，循环迭代计算压力场和温度场，直到粘度收敛。
6、最后，计算每一时刻轴承润滑性能参数。
7、一种热与粘弹效应耦合的动载滑动轴承混合润滑模型建模方法，其特征在于包括以下步骤：
8、第一步，建立滑动轴承热流体混合润滑模型。
9、本专利技术综合了计入粘度沿膜厚方向变化的广义雷诺方程和考虑三维粗糙表面影响的平均流量雷诺方程两种润滑模型的优点，建立了考虑热效应和表面形貌效应的广义平均雷诺方程：
10、
11、其中，p表示油膜压力，x表示圆周方向坐标，y表示轴向方向坐标。φx和φy分别表示x方向和y方向压力流量因子，φs表示剪切流量因子，u表示轴颈切向速度，为轴承轴颈表面综合粗糙度标准差，σj和σb分别为轴颈和轴承表面粗糙度的标准差，t表示时间，f0为平均粘度函数，f1为位移粘度函数，f20为名义位移二次粘度函数。
12、f20、f1、f0的表达式为：
13、
14、其中，z表示油膜的径向坐标，ht表示平均油膜厚度，h表示名义油膜厚度，η表示润滑油粘度，f00为名义平均粘度函数，f10为名义位移粘度函数。
15、流量因子φx、φy和φs通过以下公式计算：
16、φx＝1+0.225λ-1.5 (3)
17、φy＝1-1.18e-0.42λ (4)
18、
19、其中，e是自然常数，λ＝h/σ是膜厚判断指标，表示膜厚与粗糙度的比值。
20、采用有限差分法，对方程(1)进行离散化，通过超松弛迭代算法求解油膜压力，计算过程需要对油膜压力进行收敛判断，收敛准则如下：
21、
22、其中，m、n分别为周向、轴向网格节点数，i、j分别为周向、轴向网格节点序号，m为时间步数，n为油膜压力求解过程中的迭代次数，与分别表示节点(i，j)在第m个时间步数下第n次和第n-1次迭代所求得的油膜压力。ζp为油膜压力的收敛容差，收敛容差推荐取值为1×10-5～1×10-7。
23、第二步，计算油膜速度及速度梯度。
24、轴承在工作过程中，轴颈处于偏心位置，轴颈与轴瓦之间形成收敛楔形，油膜流动产生流体动压提供油膜支撑力。油膜流动速度受压力梯度、轴颈运动速度和粘度分布因素的影响。油膜速度表达式为：
25、
26、其中，u、v和w分别表示油膜的周向速度，轴向速度和径向速度。
27、油膜的周向速度u和轴向速度v沿径向方向的速度梯度分别表示为：
28、
29、第三步，求解温度控制方程。
30、(1)能量方程：
31、
32、其中，tf表示油膜温度，ρf表示润滑油密度，cf表示润滑油比热，kf表示油膜热传导系数，φ为耗散功。
33、φ耗散功包括两部分，粘性耗散功和微凸体接触摩擦热，表示为：
34、
35、其中，η表示粘度，μc表示边界摩擦系数，pc表示粗糙峰接触压力，h为油膜厚度。
36、(2)轴瓦热传导方程：
37、
38、其中，tb表示轴瓦温度，kb表示轴瓦热传导系数，ρb表示轴瓦密度，cb表示轴瓦比热，θ为周向角坐标，r为轴瓦的径向坐标。
39、(3)边界条件设置
40、1)进油槽处边界条件设置：
41、
42、其中，tbush-inlet为进油槽处的油膜温度，tmix为混油温度，qrc、qs分别为循环热油流量和补充冷油流量，trc、ts分别为循环热油温度和补充冷油温度。
43、2)油膜与轴颈交界边界条件设置：
44、
45、其中，toil-journal表示油膜和轴颈交界处的油膜温度，tj为轴颈表面温度，qj表示轴颈沿周向的热通量。
46、3)油膜与轴瓦交界边界条件设置：
47、
48、其中，toil-bush表示油膜和轴瓦交界处的温度，c表示轴承间隙，r表示轴承内半径。
49、4)轴瓦外表面与环境交界边界条件设置：
50、
51、其中，tbush-out为轴瓦外表温度，hb为轴瓦对流换热系数，ta表示环境温度。
52、5)轴瓦端面与环境交界边界条件设置：
53、
54、其中，tbush-end为轴瓦端面温度。
55、温度控制方程计算过程需要对油膜温度以及轴瓦温度进行收敛判断，收敛准则如下：
【技术保护点】
1.一种热与粘弹效应耦合的动载滑动轴承混合润滑模型建模方法，其特征在于包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种热与粘弹效应耦合的动载滑动轴承混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：连仕淼，茆志伟，熊国庆，张进杰，江志农，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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