發(fā)布時(shí)間：2018-08-06 21:05

【摘要】：對水潤滑進(jìn)行理論與應(yīng)用研究,可以為以水為潤滑介質(zhì)的各種摩擦副以及各種環(huán)保型機(jī)械的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù),并可以解決機(jī)械設(shè)備因潤滑油泄漏而造成的生態(tài)環(huán)境污染的問題、凈化和保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境,為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)服務(wù)。水潤滑軸承的摩擦學(xué)性能受軸承材料、結(jié)構(gòu)、工況等影響很大。如何選擇和設(shè)計(jì)水潤滑軸承的材料、結(jié)構(gòu),并使之在各種工況下具有較低的摩擦因數(shù),同時(shí)又有較高的承載能力,目前尚無滿意的方法。與油潤滑相比,水潤滑軸承水膜厚度較薄,熱彈流潤滑數(shù)值計(jì)算不易收斂;而且水潤滑軸承極易從層流狀態(tài)進(jìn)入湍流狀態(tài)和產(chǎn)生空化現(xiàn)象。另外,水潤滑軸承開設(shè)了多個(gè)導(dǎo)水槽,其流體力學(xué)模型的建立比較復(fù)雜,因此對其潤滑機(jī)理的研究也還沒有取得重要進(jìn)展和突破。 計(jì)入了水的空化效應(yīng),本文對水潤滑徑向軸承進(jìn)行熱彈流潤滑分析和湍流狀態(tài)的動(dòng)力潤滑分析,分析了水潤滑徑向軸承的潤滑性能。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下: 使用Reynolds空化邊界條件,構(gòu)造熱彈流潤滑基本方程組,并使用多重網(wǎng)格算法對熱彈流潤滑基本方程組求解,分析載荷、轉(zhuǎn)速、軸瓦材料的力學(xué)性能對水潤滑軸承的潤滑性能的影響。給出不同彈性模量、不同載荷和轉(zhuǎn)速下的無量綱壓力曲線、無量綱膜厚曲線、最高溫升和溫度分布圖。結(jié)果表明:在滿足載荷、轉(zhuǎn)速、摩擦磨損性能等時(shí),應(yīng)選擇彈性模量小的材料;在載荷很大時(shí),應(yīng)選擇彈性模量大的材料;彈性模量很大的軸瓦材料,材料改性重點(diǎn)是增加其自潤滑性能和熱傳導(dǎo)系數(shù)。 基于FLUENT軟件包,對湍流潤滑狀態(tài)下水潤滑徑向滑動(dòng)軸承進(jìn)行數(shù)值模擬研究,尋求適合水潤滑徑向滑動(dòng)軸承的湍流模型及其壁面函數(shù)法和空化模型。對具有直導(dǎo)水槽的水潤滑徑向滑動(dòng)軸承進(jìn)行數(shù)值模擬,分析其流場和潤滑性能。結(jié)果表明:湍流狀態(tài)下,對水潤滑軸承進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí),使用增強(qiáng)壁面函數(shù)法的三種k ε湍流模型和Schnerr and Sauer空化模型或Zwart-Gerber-Belamri空化模型計(jì)算求解的壓力場與試驗(yàn)結(jié)果最吻合。在處于全膜潤滑狀態(tài)時(shí),水潤滑軸承開了直導(dǎo)水槽后,承載力下降,摩擦系數(shù)升高;導(dǎo)水槽越多,摩擦力越大,承載力越小。導(dǎo)水槽中除了有一個(gè)接近導(dǎo)水槽尺寸的漩渦外,還有其它的較小的漩渦存在。軸頸在軸向?qū)ΨQ面上的周向壓力曲線存在一個(gè)主壓力峰和數(shù)個(gè)很小的獨(dú)立壓力峰。水潤滑軸承的空化主要發(fā)生在軸頸表面。
[Abstract]:The research on water lubrication theory and application can provide the theoretical basis and reference basis for the development of various friction pairs with water as the lubricating medium and various environment-friendly machinery. It can solve the problem of ecological environment pollution caused by oil leakage of machinery and equipment, purify and protect the environment on which human beings depend for survival, and serve for the construction of resource-saving and environment-friendly society for sustainable development. The tribological properties of water-lubricated bearings are greatly affected by bearing materials, structures and working conditions. There is no satisfactory method to select and design the material and structure of water lubricated bearing and make it have lower friction coefficient and higher bearing capacity under various working conditions. Compared with oil lubrication, water film thickness of water lubricated bearing is thinner, thermal elastohydrodynamic lubrication numerical calculation is not easy to converge, and water lubricated bearing is easy to enter turbulent state from laminar flow state and produce cavitation phenomenon. In addition, there are many guiding tanks for water lubricated bearings, and the establishment of hydrodynamic models is quite complex. Therefore, no important progress and breakthrough have been made in the study of the lubrication mechanism of water lubricating bearings. Considering the cavitation effect of water, the thermo-elastohydrodynamic lubrication analysis and the dynamic lubrication analysis of the water lubricated radial bearing are carried out in this paper, and the lubricating performance of the water lubricated radial bearing is analyzed. The main contents and conclusions of this paper are as follows: using Reynolds cavitation boundary condition, the basic equations of thermo-elastohydrodynamic lubrication are constructed, and the basic equations of thermo-elastohydrodynamic lubrication are solved by multi-grid algorithm. The influence of the mechanical properties of bearing materials on the lubricating properties of water lubricated bearings. The dimensionless pressure curve, dimensionless film thickness curve, maximum temperature rise and temperature distribution under different elastic modulus, different load and rotational speed are given. The results show that when the load, rotational speed, friction and wear properties are satisfied, the materials with small elastic modulus should be selected, the material with high elastic modulus should be selected when the load is large, the bearing material with high elastic modulus should be selected, and the bearing material with high elastic modulus should be selected. The emphasis of material modification is to increase its self-lubricating property and heat conduction coefficient. Based on FLUENT software package, the numerical simulation of water lubricated radial sliding bearing in turbulent lubrication state was carried out, and the turbulence model, wall function method and cavitation model for water lubricated radial sliding bearing were found out. The flow field and lubricating performance of water lubricated radial sliding bearings with straight guide flume were numerically simulated. The results show that the pressure field calculated by using three k 蔚 turbulence models, Schnerr and Sauer cavitation model or Zwart-Gerber-Belamri cavitation model is the best agreement with the experimental results when the water lubricated bearing is numerically simulated in turbulent state. In the state of full film lubrication, the bearing capacity of water lubricated bearing decreases and the friction coefficient increases after the water lubricating bearing opens the straight guide tank, and the more the guide tank, the greater the friction force and the smaller the bearing capacity. In addition to a vortex near the size of the guided-tank, there are other smaller swirls. There exists a main pressure peak and several small independent pressure peaks in the circumferential pressure curve of the journal on the axisymmetric plane. The cavitation of water-lubricated bearings mainly occurs on the surface of the journal.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH133.31

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本文編號：2168987