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基于流固耦合的水润滑轴承板条结构优化研究

原文作者:
  武汉理工大学 能源与动力工程学院
发布时间:
  2014-08-12
来    源:
  张和牧,朱汉华
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摘 要:为研究水润滑轴承板条结构对其润滑性能的影响规律,利用有限元软件ADINA 建立2D 轴承底部中心板条的流固耦合模型,得到水膜压力分布,板条的综合位移和垂向位移分布,分析凹面型、平面型和凸面型板条以及橡胶厚度对水膜压力分布和板面变形的影响规律.研究表明:平面型和凹面型板条能够促进轴承形成流体动压润滑,凸面型板条减少水膜的承压区,不利于形成流体动压润滑;增加橡胶厚度,会降低水膜压力分布,增大橡胶的变形,从而降低了轴承的承载能力.结构简单、低功耗和高减振性等显著优点,在船舶、水轮机和水泵等机械传动系统得到广泛的应用.但是,由于水的粘度低和水润滑轴承的材料较软,导致水润滑轴承的承载能力较低和磨损加剧.轴承结构是影响轴承承载能力、润滑性能和使用寿命的重要参数之一,因此进行轴承结构优化的研究,对轴承的工程设计和实际应用有重要意义[1].
    水润滑轴承结构主要包括长径比、轴承间隙、水槽结构和板条形状.由于板条结构相对复杂,目前,国内外学者主要研究长径比[2]、轴承间隙[3]、水槽结构[4]和橡胶厚度[5]轴承润滑性能的影响,而关于板条结构对轴承润滑性能影响的报告极少.段芳莉[6]和梁强[7]在不考虑水膜作用下,建立平面型、凹面型和凸面型板条的水润滑轴承接触模型,分析板条结构对轴承接触性能的影响.由于,水润滑轴承所选的材质较软,水膜对轴承的弹性变形有较大影响,因此,板条结构选择必须考虑水膜的作用.王家序[8]建立2D 平面板条式轴承的流固耦合模型,分析水膜压力分布、速度分布和板条变形规律.刘惠萍[9]运用ADINA 建立了没有开槽的油润滑轴承流固耦合模型,分析了稳态和瞬态情况下,油膜厚度分析、油膜周向压力分布和轴心轨迹的变化规律.本文在定义水润滑橡胶轴承单个板条结构参数的情况基础上,利用ADINA 软件建立2D 单个板条的流固耦合模型,分析凹面型、平面型和凸面型板条以及橡胶厚度对轴承润滑性能的影响.

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