【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种润滑摩擦系数计算方法，属于旋转轴系支撑轴润滑。
技术介绍
1、水润滑轴承作为船舶推进轴系的重要组成部分，是轴系艉部关键支承部件，它通常由金属外壳和高分子(橡胶或赛龙)内衬两部分组成。大量理论和实验研究资料显示，与传统油润滑轴承相比，水润滑轴承因其润滑介质低粘度、结构存在沟槽以及运行工作低速重载等特点，有效的润滑液膜难以形成，尤其是在螺旋桨悬臂、轴系自重以及轴系不对中等因素的影响下，轴承内衬与轴颈表面往往直接接触使得艉部水润滑轴承落入“混合润滑”甚至“边界润滑”状态，由此产生的界面摩擦是诱发桨轴系统发生自激振动的潜在原因。目前按表面形貌的表征模型类型区分，已形成基于粗糙表面随机模型与确定性模型的两种混合润滑弹流模型。然而，随机模型只能反映部分粗糙度信息而不能完全表征粗糙表面形貌，混合润滑确定性模型存在求解效率低、计算时间长和收敛性较差的问题。因此开发准确、有效的水润滑轴承混合润滑摩擦模型，不仅对强承载能力、低摩擦特性的水润滑轴承设计及结构优化具有重要意义，而且也可为桨轴系统摩擦自激振动研究提供必要输入参数。
2、公开号为117057177a、申请日为2023年7月19日的专利技术专利，公开了一种轴颈动态偏转的径向滑动轴承摩擦动力学特性计算方法，该计算方法基于平均雷诺方程和质量守恒算法，建立了考虑表面形貌和油膜空化效应的瞬态混合润滑模型，再次修正轴颈动态偏转下的油膜厚度分布，最后循环迭代计算径向滑动轴承摩擦动力学性能参数，该专利采用传统随机参数描述粗糙表面；
3、公开号为cn11693340
4、公开号为cn116070443a、申请日为2023年1月16日的专利技术专利，公开了一种混合润滑状态下轮齿啮合实际接触面积的计算方法，该计算方法采用求解法向载荷被固体部分、液体部分和粗糙峰的最大接触面积，计算混合润滑状态下不同啮合力对应的齿面无量纲实际接触面积，该专利主要用于齿轮啮合计算；
5、但上述三种计算方法无法为强承载且低摩擦特性的水润滑轴承设计及结构优化提供指导，也无法能为实际工程中水润滑轴承摩擦状态的评估提供更加准确有效的方法。
技术实现思路
1、本专利技术为解决由于传统随机模型因表面形貌特征不准确，导致微凸体接触力计算存在误差，确定性模型中存在求解效率较低、收敛性较差的问题，进而提出一种基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法。
2、本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术的步骤包括：
3、步骤1、将待求解的轴承表面沿圆周方向和轴向离散成网格；
4、步骤2、输入待求解水润轴承的必要参数；
5、步骤3、设定初始偏心率和偏位角，根据初始偏心率和偏位角计算轴承与轴颈之间的名义膜厚；
6、步骤4、根据名义膜厚，采用有限差分法计算平均雷诺方程求得平均压力分布；
7、步骤5、根据名义膜厚判断轴承与轴颈的接触区域，并采用基于分形理论的微凸体接触模型计算接触面微凸体接触压力；
8、步骤6、根据平均压力分布、接触压力分布和存储的弹性变形系数计算轴承弹性变形量；
9、步骤7、采用该弹性变形量和初始液膜厚度更新得到新液膜厚度，根据新液膜厚度分布计算得到新的平均压力分布，判定压力分布是否收敛，如果不收敛继续执行步骤4至步骤6，直至收敛；
10、步骤8、根据收敛后的平均压力分布和接触压力分布，分别计算流体液膜力和粗糙面接触力，并判定是否满足载荷平衡方程，若不满足则重新设定偏心率和偏位角，直至满足载荷平衡方程；
11、步骤9、根据满足后的流体液膜力和粗糙面接触力，计算得到水润滑轴承混合润滑下的摩擦系数。
12、进一步的，步骤2中待求解水润轴承的必要参数包括待求解水润轴承的几何参数、材料属性和表面分形参数。
13、进一步的，步骤4中平均雷诺方程为：
14、平均雷诺方程用来描述混合润滑时液膜接触区的液膜厚度，其中液膜厚度为待求量。无量纲化处理后柱坐标系下的平均雷诺方程可由下式表示(1)
15、
16、公式(1)中，表示无量纲化的轴向弧度、z表示无量纲化的轴向长度、h表示无量纲化的液膜厚度，p表示无量纲化的液膜压力，b表示轴承长度、c表示轴承与轴颈之间的半径间隙；
17、表示轴承-轴颈综合粗糙度，其中，σ1表示轴承粗糙度，σ2表示轴颈粗糙度；p0表示液膜压力无量纲化参数，定义如下：
18、
19、流量因子φx、φz、φs和接触因子φc是将描述局部液膜压力和厚度的雷诺方程转换到描述平均液膜压力和厚度的平均雷诺方程的重要中间参数。
20、进一步的，步骤5中基于分形理论的微凸体接触模型为：
21、分形维数d和分形粗糙度系数g是表征表面形貌的关键参数，通过形貌扫描仪获取接触表面三维形貌的离散点数据后，通过二维轮廓曲线w-m分形函数的功率谱函数和结构函数识别获取原三维粗糙表面分形参数；二维轮廓曲线w-m分形函数表达式如下
22、
23、公式(2)中，d表示分形维数，g表示分形粗糙度系数，l表示，zasp表示，xasp表示，γ表示，φ表示，n表示；
24、获得接触表面分形参数后，根据修正m-b分形接触理论并考虑三维分形接触特性计算接触表面的接触力；
25、任意接触面微元内的接触载荷是该面积微元内处于弹性变形阶段和塑性变形阶段所有微凸体接触载荷的总和，其可由单个微凸体接触载荷与面积分布函数积分得到：
26、
27、公式(3)中，表示，ac表示，al表示，pe(a)表示，h表示，s表示，e表示，γ表示。
28、进一步的，步骤8中载荷平衡方程为：
29、混合润滑状态下，水润滑轴承的流体动压液膜和接触表面微凸体共同支撑轴承外部载荷；其中流体动压液膜承载量为
30、
31、公式(4)中，fliqx表示，fliqy表示，b表示，p表示，表示，z表示，rb表示；
32、接触表面微凸体承载量为
33、
34、公式(5)中，faspx表示，faspy表示，m表示，n表示，i表示，j表示；
35、定常稳定状态下，根据力平衡原理可知，混合润滑轴承的承载量和外部载荷满足下式：
36、
37、进一步的，步骤9中摩擦系数的计算公式为：
38、液膜流体剪切力可由流体剪应力在整个轴承表面积分得到
39、
40、公式(7)中，表示，
41、接触表面微凸体摩擦力可由下式求解
42、
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1.基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：所述基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法的步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：步骤2中待求解水润轴承的必要参数包括待求解水润轴承的几何参数、材料属性和表面分形参数。
3.根据权利要求1所述的基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：步骤4中平均雷诺方程为：
4.根据权利要求1所述的基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：步骤5中基于分形理论的微凸体接触模型为：
5.根据权利要求1所述的基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：步骤8中载荷平衡方程为：
6.根据权利要求1所述的基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：步骤9中摩擦系数的计算公式为：
【技术特征摘要】
1.基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：所述基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法的步骤包括：
2.根据权利要求1所述的基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：步骤2中待求解水润轴承的必要参数包括待求解水润轴承的几何参数、材料属性和表面分形参数。
3.根据权利要求1所述的基于分形理论的水润滑轴承混合润滑摩擦系数计算方法，其特征在于：步...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴闯，商德江，肖妍，刘永伟，张超，袁佳伟，李久石，郭东辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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