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研究表明,表面微造型可以产生动压润滑效果,从而提高运动副的润滑性能,降低运动副表面的摩擦与摩损。在推力轴承瓦块上进行表面微造型的研究刚刚起步,许多问题还不明朗,所以有必要对推力轴承表面微造型产生的动压润滑性能进行系统研究,以便针对一定润滑条件,在推力轴承瓦块上设计出动压润滑效果最好的表面微造型。这一研究为推力轴承润滑方式提供了新的思路,对提高推力轴承润滑性能具有重要的理论研究价值与实际应用价值。
为克服雷诺方程研究表面微造型动压润滑性能问题的不足,本文采用基于N-S方程的CFD数值分析方法,研究推力轴承表面微造型动压润滑性能,并对表面微造型几何形状进行优化。本文首先对推力轴承润滑模型进行简化,建立适用于CFD分析的几何模型及流体力学基本控制方程,设定用于数值分析的表面微造型主要参数,并对它们进行无量纲化。设定表面微造型几何模型的边界条件,确定网格划分方案,用CFD商业化软件FLUENT对矩形、斜面台阶形、圆弧形、三角形、多圆弧形及正弦形表面微造型的动压润滑性能进行分析,并对这六种表面微造型进行几何形状优化。
通过研究发现:在推力轴承表面进行适当的表面微造型能够产生较好的动压润滑效果;随着特征雷诺数的增加,矩形、斜面台阶形、圆弧形、三角形、多圆弧形和正弦形表面微造型的动压润滑效果都呈上升趋势;在一定润滑条件下,特定微造型的几何参数变化对动压润滑产生较大的影响,但都能找到最大动压润滑效果的无量纲参数,正弦形表面微造型能够在参数较大变化范围内产生较好动压润滑效果,多圆弧形表面微造型比其它表面微造型的动压润滑效果更好;适当的组合表面微造型的动压润滑效果要好于单一表面微造型;论文还就温度变化对推力轴承表面微造型动压润滑性能的影响进行了研究,结果表明随着温度升高,推力轴承表面微造型动压润滑性能有所下降,因此应尽可能选用粘度受温度影响较小的润滑油,并控制推力轴承工作过程中的温度变化。
本文研究的成果对表面微造型在活塞环、机械密封等典型的动压润滑应用领域也同样适用。