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水润滑轴承压力分布测量试验研究

甘天斌  
【摘要】:水膜压力分布状况决定着水润滑轴承的使用性能和承载能力,是轴承设计须考虑的重要内容之一。在研究水润滑轴承水膜压力时,须建立相应的测试试验装置,以验证理论计算的精度与可靠性。目前,很多学者也做过相关的测试研究,但一般都将压力表或压力传感器安装在轴承壳体的外部来测量水膜压力。这种方法虽然比较简单方便,但由于安装空间有限,布置测点数量不能太多,因此只能测得有限点处的水膜压力,测不到轴承周向水膜压力的连续分布状况,导致测量的准确性受到影响。为了解决这一问题,须开展动态、连续测试水润滑轴承的瞬时压力分布状况的研究,从而得到水膜压力的全息分布,这对于理论研究具有一定价值的参考和依据,对完善水润滑滑动轴承理论研究提供试验支撑。 论文的主要研究工作和结论: (1)以流体动压润滑理论为基础,以水润滑轴承为研究对象,通过查阅文献,参考和借鉴前人们对油膜压力和水膜压力测量的基础上,结合试验室现有条件,提出了一种水润滑轴承水膜压力的测试方法,即在转轴上和轴肩上钻削相互贯通的轴向和径向导流孔,压力水通过导流孔流至装在轴肩处的压力传感器,从而进行压力测试,并在此基础上,对原水润滑轴承试验台的主体机械结构、加载系统、润滑系统、控制系统等进行了相应改造。同时,根据提出的压力测量方案对测试系统进行了研究,其中包括压力传感器选型和安装位置方案、信号引出方案、信号采集系统和数据处理分析软件等,使之满足水润滑轴承水膜压力测试要求。 (2)应用有限差分法和Matlab编程,对二维雷诺方程进行分析求解,得到水润滑轴承水膜压力分布曲线,并在此基础上,将Matlab计算得到的偏心率、最小水膜厚度作为Fluent软件中的初始条件,对水膜压力分布状况进行仿真计算。有限差分法和Fluent软件计算得到的结果相对误差在10%以内,这表明这两种理论计算模型可信,具有一定的实用性。 (3)在整个试验装置安装和调试完成后,在不同转速、载荷的工况下对轴承的水膜压力进行了测量试验,得到了水膜压力随转速、载荷的变化规律,较好地验证了理论计算结果(两者误差在7~18%范围内),这对于提高水膜压力的理论计算精度有重要的作用。


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