（机械电子工程专业论文）螺旋油楔滑动轴承轴心轨迹的计算与测试.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：墨继纽e t期：垫留：压 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：匾釜鱼导师签名： 雾含 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 课题背景及研究意义1 1 2 滑动轴承研究现状3 1 2 1 流体润滑理论研究3 1 2 2 滑动轴承结构研究4 1 2 3 新结构滑动轴承的主要类型5 1 3 滑动轴承轴心轨迹研究状况7 1 4 课题研究内容与研究方案8 第2 章非线性轴心轨迹计算模型1 l 2 1 轴承转子系统结构1 1 2 2 计算模型的建立。1 2 2 2 1 油膜厚度模型1 2 2 2 2 层流工况雷诺方程1 4 2 2 3 雷诺方程的边界条件1 4 2 2 4 雷诺方程的求解1 5 2 2 5 油膜合力的计算1 7 2 2 6 非线性轴心轨迹运动方程18 2 2 7 非线性轴心轨迹计算的欧拉方法2 0 2 3 非线性轴心轨迹的计算2 0 2 3 1 轴承基本参数2 0 2 3 2 非线性轴心轨迹计算步骤2 1 2 3 3 非线性轴心轨迹计算实例2 3 2 4 轴心轨迹线性分析2 4 2 4 1 线性化油膜力。2 5 2 4 2 线性轴心轨迹运动方程2 6 山东大学硕士学位论文 2 4 3 轴承动特性系数计算2 7 2 4 4 线性轴心轨迹计算实例2 8 2 5 本章小结。2 9 第3 章转速和螺旋角对轴心轨迹的影响3 1 3 1 引言3l 3 2 转速相同时螺旋角对螺旋槽轴承轴心轨迹的影响一3 1 3 3 不同转速时的非线性轴心轨迹3 5 3 4 临界转速时非线性轴心轨迹特征分析( z ( f ) = 0 ) 3 7 3 4 1 螺旋槽轴承( = 0 5 ) 3 8 3 4 2 圆轴承一4 l 3 5 本章小结一4 4 第4 章轴心轨迹激振实验仿真4 7 4 1 引言4 7 4 2 频响函数的概念4 7 4 3 频响特性测试的基本原理一4 8 4 4 正弦激振力作用下系统响应特性的仿真一5 0 4 4 1 轴承一转子系统的动态特性5 0 4 4 2 正弦载荷作用下系统的共振、非共振情况分析5 1 4 5 本章小结5 6 第5 章螺旋油槽滑动轴承轴心轨迹的实验研究一5 7 5 1 实验设备一5 7 5 2 位移传感器的标定5 9 5 3 实验测试系统框图及实验步骤一6 1 5 4 实验数据的采集、处理与分析一6 2 5 5 本章小结一6 4 结j 沧6 5 参考文献6 7 致谢7 1 i i c o n t e n t s c o n t e n t s a b s t r a c t i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2r e s e a r c hs i t u a t i o no f j o u r n a lb e a r i n g s 3 1 2 1r e s e a r c ho f l u b r i c a t i o nt h e o r y 3 1 2 2r e s e a r c ho fb e a r i n gc o n f i g u r a t i o n 4 1 2 3t h em a i nt y p e so f t h en e ws t r u c t u r eo fs l i d i n gb e a r i n g s 5 1 3r e s e a r c hs i t u a t i o no f j o u m a lc e n t r et r a j e c t o r y 7 1 4r e s e a r c hc o n t e n ta n dm e t h o d s 8 c h a p t e r2n o n l i n e a rc a l c u l a t i o nm o d e l o ft h ej o u r n a lt r a j e c t o r y 11 2 1c o n f i g u r a t i o no ft h ej o u m a lb e a r i n g 1 1 2 2c a l c u l a t i o nm o d e l i n go f t h ej o u r n a lb e a r i n g 1 2 2 2 1t h i c k n e s so fo i lf i l m 1 2 2 2 2r e y n o l d se q u a t i o ni nl a m i n a rf l o w 1 4 2 2 3b o u n d a r yc o n d i t i o n so fr e y n o l d se q u a t i o n 1 4 2 2 4n u m e r i c a lc a l c u l a t i o no fr e y n o l d se q u a t i o n 15 2 2 5r e s u l t a n tf o r c eo f b e a r i n go i lf i l m 1 7 2 2 6m o t i o ne q u a t i o no fn o n l i n e a rj o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r i e s 18 2 2 7e u l e rm e t h o df o rc a l c u l a t i o nn o n l i n e a rj o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r i e s 2 0 2 3c a l c u l a t i o no fn o n l i n e a rj o u m a lc e n t r el o c u s 2 0 2 3 1b a s i cp a r a m e t e r so f j o u r n a lb e a r i n gs y s t e m 2 0 2 3 2p r o c e d u r e so f n o n l i n e a r j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r i e s c a l c u l a t i o n 2 1 2 3 3c a l c u l a t i o nr e s u l t so fn o n l i n e a rj o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r i e s 2 3 2 4l i n e a ra n a l y s i so f j o u r n a lc e n t r em o t i o nt r a j e c t o r i e s 2 4 2 4 1l i n e a r i z a t i o no fo i lf i l mf o r c e 2 5 2 4 2m o t i o ne q u a t i o no fl i n e a rj o u m a lc e n t r et r a j e c t o r i e s 2 6 2 4 3c a l c u l a t i o no f j o u r n a lb e a r i n gd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c sc o e f f i c i e n t s 2 7 1 1 1 山东大学硕士学何论文 2 4 4c a l c u l a t i o nr e s u l t so fl i n e a r j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r i e s 2 8 2 5b r i e fs u m m a r y ：1 9 c h a p t e r 3s p e e da n d s p i r a la n g l eo nt h ei n f l u e n c eo ft h ej o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y 3i 3 1i n t r o d u c t i o n 3 l 3 2a ss p e e ds a m es p i r a la n g l et h ei n f l u e n c eo ft h ej o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y 31 3 3a ss p e e dn o tt h es a m et h en o n l i n e a rj o u r n a lc e n u et r a j e c t o r y 3 5 3 4a sc r i t i c a ls p e e dt h en o n l i n e a rj o u m a lc e n t r et r a j e c t o r y 3 7 3 4 1s p i r a lo i lw e d g es l i d i n gb e a r i n g 3 8 3 4 2r o u n db e a r i n g s 4 l 3 5b r i e fs u m m a r y 4 4 c h a p t e r4j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r yo fv i b r a t i o ne x p e r i m e n t s 4 7 4 1i n t r o d u c t i o n 4 7 4 2f r e q u e n c y r e s p o n s ef u n c t i o nc o n c e p t 4 7 4 3f r e q u e n c yr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so ft h et e s tb a s i cp r i n c i p l e 4 8 4 4s i n ee x c i t a t i o nf o r c eu n d e rt h ea c t i o no ft h es i m u l a t i o ns y s t e mr e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s ! ；( ) 4 4 1b e a r i n g - r o t o rd y n a m i cb e h a v i o ro ft h es y s t e m 5 0 4 4 2s i n el o a ds y s t e mr e s o n a n c e ，t h er e s o n a n c ec a s ea n a l y s i s 51 4 5b r i e fs u m m a r y 5 6 c h a p t e r5e x p e r i m e n t a ls t u d y 5 7 5 1l a b o r a t o r ye q u i p m e n t 5 7 5 2c a l i b r a t i o no fd i s p l a c e m e n ts e n s o r s 5 9 5 3t e s ts y s t e mb l o c kd i a g r a ma n de x p e r i m e n t a lp r o c e d u r e s 6l 5 4c o l l e c t i n ga n dp r o c e s s i n go fe x p e r i m e n t a ld a t a 6 2 5 5b r i e fs u m m a r y 6 4 c o n c l u s i o n s 6 1 ； r e f e r e n e e s 6 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 7 1 摘要 摘要 旋转机械的轴心轨迹作为转子一轴承系统振动状态的一类重要图形征兆，是滑 动轴承工作状态的综合反映。通过轴心轨迹可以确定轴承在工作时任一瞬时的油 膜形状和最小油膜厚度，清楚的反映轴承的润滑状况，判定轴承工作的可靠性， 确定实现轴承液体润滑条件下所必须的最小间隙与精度及润滑油粘度，确定轴承 合适的进油孔位置，分析与鉴别轴承故障等。因此，在滑动轴承的研究中，轴心 轨迹的研究占据着十分重要的位置，是轴承润滑分析的基础。本课题结合一种新 型螺旋油楔滑动轴承支撑的转子一轴承系统，建立了非线性轴心轨迹的计算模型、 计算了螺旋油楔滑动轴承和普通圆轴承在不同转速下的轴心轨迹，并对轴心轨迹 激振实验进行了仿真。 首先，基于轴颈惯性力、非线性油膜力和动载荷之间的平衡关系，建立了滑 动轴承一转子系统的运动方程，并基于非线性理论，采用轴心位置配置技术，建立 了滑动轴承轴心轨迹的非线性计算模型，计算出了轴承的非线性轴心轨迹。同时， 为便于比较，根据油膜力线性化方法，建立了轴心在平衡位置附近作小位移涡动 的线性分析模型，应用偏导数法计算了轴心在平衡位置时油膜的刚度、阻尼系数， 再根据线性油膜刚度、阻尼系数计算了线性轴心轨迹。 其次，计算了螺旋角= o 1 0 9 时，螺旋油楔轴承在刀= 6 0 0 0 r m i n 的轴心轨 迹，得到了轴心在静平衡位置的各项数据。通过比较这些数据，分析了螺旋角对 轴心轨迹的影响；计算了转速不同时的轴心轨迹，得到了轴承系统的临界转速， 并分析比较了不同转速下滑动轴承轴心轨迹的特征；最后通过频谱分析比较了螺 旋油楔轴承和普通圆轴承分别在各自的临界转速下轴心轨迹的特征。 再次，针对螺旋油楔和圆轴承两种不同结构的轴承，对比分析了正弦激振力 作用下两种轴承的轴心轨迹特征。分别研究了正弦载荷激励下系统的动力学过程 和正弦激励条件下系统的共振现象，采用m a t l a b 仿真计算得到了正弦载荷作用 下系统的幅频特性曲线和共振频率。 最后，在滑动轴承实验台上获得实际的轴心轨迹。依据实验步骤测试得到实 际的轴心位移数据；通过对实测信号进行f f t 并分析，提取有用信号，画出实际 轴心轨迹的图形；利用实验数据所做出的实际轨迹与本文理论计算得到的轴心轨 t 山东大学硕士学位论文 迹进行了对比分析。结果表明采用本文的研究方法得到的计算结果与实验结果一 致。 关键词：螺旋油楔；滑动轴承；转子一轴承系统：轴心轨迹 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a sak i n do fi m p o r t a n tg r a p h i cd e s c r i b i n gv i b r a t i o n ，j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r yo f t h e r o t a t i n gm a c h i n e r yc o n t a i n sq u i t eal o to fi n f o r m a t i o n j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r yi s a c o m p r e h e n s i v e b e h a v i o ro f j o u r n a lb e a r i n gw o r k i n gc o n d i t i o n j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y a n a l y s i sc a l l b eu s e dt oc o n f i r mi n d e xr e p e a t a b i l i t ya n dt h el e a s to i lf i l mt h i c k n e s s ， c l e a r l yr e f l e c tb e a r i n gl u b r i c a t i o nc o n d i t i o n s ，d e t e r m i n eb e a r i n g sr e l i a b i l i t y w h e n w o r k i n g ，c o n f i r mb e a r i n gl i q u i du n d e rt h ec o n d i t i o no f t h el u b r i c a t i o nt ot h em i n i m u m c l e a r a n c ea n dt h ep r e c i s i o na n dl u b eo i lv i s c o s i t ya n dt h er i g h ti n l e tp o r tp o s i t i o no ft h e b e a r i n g ，a n a l y z ea n di d e n t i f yb e a r i n gf a u l t ，e t c t h e r e f o r e ，i nt h es t u d yo ft h es l i d i n g b e a r i n g ，j o u m a lc e n t r et r a j e c t o r yi sv e r yi m p o r t a n t ，i st h eb a s i so f t h ea n a l y s i so fb e a r i n g l u b r i c a t i o n t h i sp r o j e c tc o m b i n e dw i t has p i r a lo i lw e d g ej o u r n a lb e a r i n gs u p p o r tw i t h t h er o t o r - b e a t i n gs y s t e m ，t h ee s t a b l i s h m e n to fac o m p u t a t i o n a lm o d e lo ft h en o n l i n e a r c o r ep a t h ，c a l c u l a t et h es p i r a lo i lw e d g ej o u r n a lb e a r i n ga sw e l la sg e n e r a lj o u r n a l b e a r i n g su n d e rd i f f e r e n ts p e e da n ds i m u l a t et h ev i b r a t i o ne x p e r i m e n to ft h ej o u r n a l c e n t r et r a je c t o r y f i r s t l y , t h ee q u a t i o n so fm o t i o no f t h er o t o r - b e a r i n gs y s t e mi se s t a b l i s h e d ，w h i c hi s b a s e do nt h ee q u i v a l e n c eo fn e c kj o u m a li n e r t i a lf o r c e ，n o n l i n e a ro i lf i l mf o r c ea n d d y n a m i cl o a d ，a n dt h e n o n l i n e a ra n a l y s i sm o d e lo fj o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y i s e s t a b l i s h e d ，w h i c hi sb a s e do nt h en o n l i n e a rt h e o r y , t og e tt h ej o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y s y n c h r o n o u s l y ，b a s e do nl i n e a r i z a t i o nt e c h n i q u eo fo i lf i l mf o r c et h el i n e a rm o d e l ，w e e s t a b l i s h e dj o u r n a lc e n t e rw h i r la r o u n di t ss t a t i ce q u i l i b r i u mp o s i t i o nf o rc o n v e n i e n t l y a n a l y z e w ea l s oc a l c u l a t e dt h er i g i d i t y a n dt h ed a m p i n gc o e f f i c i e n to fo i lf i l mi n b a l a n c ep o s i t i o nw i t ht h ea p p l i c a t i o no fp a r t i a ld e r i v a t i v em e t h o dt og e tt h el i n e a r j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y s e c o n d l y , w ec a l c u l a t e dt h ej o u m a lc e n t r et r a j e c t o r yo ft h es p i r a la n g l ef r o m o 1 - 4 ) 9w i t ht h es p e e di n6 0 0 0 r m i n ，a n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo fs p i r a la n g l et oj o u r n a l c e n t r et r a j e c t o r yb yc o m p a r i n gt h e s ed a t a ；w ec a l c u l a t e dt h ej o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y w h e ns p e e di sd i f f e r e n ti no r d e rt og e tt h ec r i t i c a ls p e e d t h r o u g ht h es p e c t r u ma n a l y s e s ， w ec o m p a r e dt h es p i r a lo i lw e d g eb e a r i n ga n dc o m m o nr o u n db e a r i n g si ne a c ho ft h e c r i t i c a ls p e e dr e s p e c t i v e l yu n d e rt h ec h a r a c t e r i s t i c so f jo u r n a lc e n t r et r a je c t o r y t h i r d l y , a sar e s u l to fd i f f e r e n ts t r u c t u r eb e t w e e nt h eb e a t i n gt h es p i r a l o i lw e d g e i i i 山东大学硕士学位论文 a n dr o u n d b e a r i n gt w o ，u n d e rt h es i n ee x c i t a t i o nf o r c e ，w ec o m p a r e da n da n a l y z e db o t h b e a r i n gj o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y , r e s e a r c h e dt h ed y n a m i c sp r o c e s sa n dr e s o n a n c e ，a n d f i n a l l yb ym a t l a bs i m u l a t i o nw eo b t a i n e dc u r v eo ft h ea m p l i t u d ef r e q u e n c yr e s p o n s e a sw e l la sr e s o n a n c ef r e q u e n c y f i n a l l y , t h ea c t u a lj o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r yi sg o t t e ni nt h es l i d i n gb e a r i n gt e s t b e n c h a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lt e s tw ea c q u i r e dt h ep r a c t i c a lj o u r n a lc e n t r e d i s p l a c e m e n td a t a w ed r a wt h ea c t u a lg r a p h i c so ft h ej o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r yt h r o u g h a n a l y z i n gt h em e a s u r e ds i g n a lb yf f ta n de x t r a c t i n gu s e f u ls i g n a l t h er e s u l t ss h o w s t h em e t h o dd i s c u s s e di nt h ep a p e rc a na l s oc o n f o r mt ot h ee x p e r i m e n t a lt e s t k e y w o r d s ：s p i r a lo i lw e d g e ；s l i d i n gb e a r i n g ；r o t o r - b e a r i n gs y s t e m ； j o u r n a lc e n t r et r a j e c t o r y 第l 章绪论 1 1 课题背景及研究意义 第1 章绪论 随着航天、航空、汽车、轴承等工业的发展，超高速精密加工已是机械加工 的发展趋势。在高速精密机床主轴系统中，主轴轴承技术是其中的一个关键技术， 而主轴轴心轨迹作为转子轴承系统的一个重要的状态特征参量，包含了大量的故 障信息，它能简单、直观、形象地反映设备的运行状况。通过对轴心轨迹的观察， 可以判断出一些常见的故障，例如油膜涡动、油膜振荡、轴不对中等【l 】。为了能充 分发挥轴心轨迹在旋转机械故障诊断中的作用，需要对轴心轨迹进行全面深入的 探讨和研究【2 】。实际上转子一轴承系统受许多非线性因素的影响，例如轴承油膜反 力、挤压油膜阻尼、作用于转子的弹性反力以及轴承间隙等所引起的非线性。非 线性对转子运动的显著影响在于其运动不再与转速同步，而是不同频率的周期运 动，有时甚至产生混、沌【引。 在机械制造业中，用提高加工速度的方法来提高生产率是人们一直向往的目 标。但是在提高切削速度这个问题上，长期以来遇到了很大的理论障碍和技术障 碍。随着研究工作的深入，近十多年来，高速切削技术有了很大的发展，目前正 在迅速地普及和推广应用。高速切削技术已成为当今先进制造技术的一个重要的 发展方向i 引。 超高速高效磨削一直是近几十年来磨削领域的重要研究方向，一般认为，磨 削速度在1 5 0 m s 以上的属于超高速范畴，超高速磨削在欧洲、日本和美国等发达 国家发展很快，被誉为“现代磨削技术的最高峰”【5 】。国外的工业实用磨削速度已达 到或超过2 5 0 m s 的水平，实验室已达到5 0 0 m s ，而国内则相距较大，实验室也仅 达到了2 0 0 m s 的水平。超高速磨削的关键技术很多，其中高速主轴轴承的性能是 制约超高速磨削技术发展的关键技术之一。在高速磨头单元中，磁力轴承、陶瓷 球轴承和液体动静压滑动轴承是主要支撑形式【6 7 】。 高速主轴是实现高速切削的重要条件，高速精密轴承是主轴转速高速化的关 键技术，是主轴单元的核心部件，其性能好坏将直接影响主轴单元的工作质量。 由于速度的提高，轴承的温升、振动和噪声等也将随之增大，而寿命将可能缩短l 引。 山东大学硕士学位论文 因此，提高主轴转速的前提是研制开发出性能优越的高速主轴轴承。 目前，高速主轴支承用的高速轴承有接触式和非接触式轴承两大类。接触式 轴承由于存在金属摩擦，因此摩擦系数大，允许最高转速低。非接触式的流体润 滑轴承，其摩擦仅与流体本身的摩擦系数有关。由于流体摩擦系数很小，因而可 达到很高的允许转速。目前用于超高速磨削主轴的非接触轴承有液体动、静压滑 动轴承、陶瓷轴承和磁悬浮轴承等，由于它们不同的工作机理和特点，决定了它 们各自的最佳工作场合【9 。2 1 。轴承结构是决定轴承性能的最关键因素。为此，各种 各样的新结构滑动轴承相继问世，不仅推动了旋转机械的发展，而且丰富和发展 了润滑理论。 最基本的滑动轴承形式是圆柱式单油楔全周径向滑动轴承，这类轴承的结构 比较简单，但由于内部不设油腔，动压油楔仅有一个，压力只集中于轴承的间隙 最小处附近，轴承承载力的方向性比较明显，轴承的抗冲击和扰动的能力很弱。 目前广泛应用的动压润滑滑动轴承一般是在轴承的内壁上设有一个或多个油腔， 以增加轴承对载荷方向的适应性，通常油腔数目越多，轴承润滑油膜的刚度也会 有一定程度的提高，但二者并非线性关系，通常油腔的数量达到一定数目后，油 膜的静刚度就增加极少；另一方面，由于所设油腔的深度通常远大于轴承的半径 间隙，油腔的增加会在一定程度上减小了动压油楔的作用范围，使轴承的承载力 降低，油腔的数量越多，承载力降低的幅度越明显【l3 1 。 研究不同的滑动轴承结构对轴承动静态性能的影响，开发综合性能优异的新 型结构的滑动轴承是研究人员一直不懈努力的方向。滑动轴承的轴心轨迹直接反 映轴承的工作状态，通过轴心轨迹可以判定轴承的稳定性，了解轴承的润滑状况， 验证轴承设计参数的合理性。当轴承承受静载荷稳定工作时，轴心处于静平衡位 置或有小的涡动。如果轴承受到瞬态动态载荷作用，轴心轨迹运动复杂，油膜压力 和最小油膜厚度发生较大变化，尤其当最小油膜厚度较小时，轴和轴承会发生摩 擦或碰壁。因此，计算滑动轴承的轴心轨迹和最小油膜厚度，对滑动轴承设计及 其故障诊断有重要意义【1 4 】。 本文研究的螺旋槽流体动静压滑动轴承是一种新结构滑动轴承，在分析其润 滑机理的基础上，进一步计算和测试其轴心轨迹，为这种新型轴承的工业应用提 2 第1 章绪论 供了理论基础，将为高性能新型螺旋槽流体动静压滑动轴承在超高速机床主轴中 的实际应用奠定基础。因此，本课题的完成对丰富流体动力润滑理论及滑动轴承 设计技术，促进我国超高速主轴设计制造技术的发展都具有重要意义。 1 2 滑动轴承研究现状 1 2 1 流体润滑理论研究 表示流体流动质量守恒的连续性方程、动量守恒的n a v i e r - s t o k e s 方程以及流 体运动的热力学第一定律即能量方程，是研究流体润滑的基本方程。流体润滑理 论是从1 8 8 3 年b t o w e r 1 6 l 的试验发现动压现象开始的，他在进行铁路上的径向滑 动轴承试验过程中发现，油孔内的塞子总是被弹出来的动压现象，对压力分布测 试结果发表以后，引起了学者们的注意。1 8 8 6 年o r e y n o l d s 根据t o w e r 试验结果， 在理论上对这一压力分布的机理进行了分析，并根据流体力学理论推出了油膜压 力函数的微分方程，也就是著名的雷诺方程，从而奠定了流体润滑研究的理论基 础。a s o m m e r l d 在1 9 0 4 年对无限宽圆柱轴承求得了雷诺方程的解析解【1 7 ，1 引。a g m m i c h e l l 在1 9 2 9 年对无限窄轴承提出了近似解，f w o c v i r k 在1 9 5 3 年更进一 步发展了窄轴承理论，使之在工程上获得了实际应用【l9 1 ，此外还有许多学者则采 用差分、变分及有限元等方法研究了有限宽轴承的数值解，得到了更为实用的结 果。限于当时机械结构对轴承的要求和所能提供的数值计算技术，r e y n o l d s 提出 了一系列基本假设以求简化计算、分析，这一系列简化假设，不可避免地会带来 一些误差。当轴承工作参数与这些假定条件偏离较远，已不能适应实际运行工况 及工程需要时，就需要根据具体工况对经典润滑理论中所作的假设进行修正和完 善，以适应生产发展的需要，而工业技术的进步和计算机技术、数值计算方法等 的发展也进一步为此提供了可能。 随着轴承转子运转速度的逐步提高和低粘度润滑液的使用，会得到较大的雷 诺数，此时轴承往往会工作在紊流状态或涡动状态，在轴承分析中也不能再忽略 流体的惯性力作用。一般情况下惯性力要改变向心轴承中的轴心位置而对轴承中 流体动压力的作用很小。在速度很高时，惯性对油膜压力开始时有一些影响，但 这时流体的运动场已变成紊流，即使包括了惯性的作用，层流方程也已经不再成 山东大学硕十学位论文 立，此时n s 方程只能在紊流的基础上进行求解。a n d r e s 等1 2 0 1 较为系统地研究了 紊流工况混合轴承的润滑问题，建立了紊流工况混合轴承的解析模型；h e l e n e 等【2 l 】 从求解二维n s 方程出发，研究了不同雷诺数工况下深、浅油腔轴承的油膜压力 分布图和腔内流体的流动及其相互影响。 润滑油的粘度随着温度升高而急剧降低，而滑动轴承在运行过程中由于润滑 油的剪切摩擦等作用产生大量的热，并且热量分布不均，出现不均匀的温度场， 从而造成润滑油不均匀的粘度场，此时传统的等温假设模型已不再适用。轴承温 升的研究始于上世纪四十年代中期的福格实验2 2 1 ，科普以及卡梅伦、伍德等【2 3 1 于 1 9 5 9 年先后推导了从能量方程、运动方程和连续性方程联立求解轴承压力场合温 度场的方法，至今仍然是求解轴承温度场问题的主要手段。s s b a n w a i t 等【2 4 】对几 种边界条件的计算结果与实验进行了对比研究，得出“第一边界条件”更接近实验结 论。l c o s t a 等【2 5 】对供油温度、供油压力以及油槽的位置等对轴承性能的影响进行 了研究，认为供油状况从不同角度影响着轴承的性能合适的油槽位置能提高轴承 的性能。 1 2 2 滑动轴承结构研究 流体动压轴承以其承载力大、结构简单、运转平稳、抗振性好、寿命长等特 点，在大型、高速旋转机械中得到广泛应用。随着旋转机械不断向高速精密化发 展，对滑动轴承的性能提出了越来越高的要求。近年来国内外对此均进行了大量 研究，一批新结构轴承相继出现。人们是在对动压轴承进行理论和实验研究的过 程中逐渐认识到轴承廓形参数的重要性的，它对轴承的运转状态起了决定作用，因 此不论是生产厂家还是科研单位都对轴承结构的研究给予了越来越多的重视【1 3 】。 国外对于滑动轴承的研究比较早，也比较深入从所查阅的文献中，可以看到 对于各种结构形式的滑动轴承，国外的研究者都进行了大量的理论和实验研究。 h a s s a n 2 6 】对一种轴向楔形结构的轴承的动静态性能进行了研究，认为这种轴承的 性能要优于同尺寸的圆柱轴承：c m r o d k i e w i c k 等 2 7 1 进行了沟槽结构对圆锥轴 承性能影响的实验，并将三种沟槽结构的轴承的承载能力做了比较，得出倾斜的 沟槽能够提高轴承的承载能力的结论：d s u d h e e r 、t a l m q v i s t 、k b r o c k w e l l 等【2 3 0 1 从不同的方面对倾斜瓦轴承进行了理论和实验研究研究。y o s h i o 等【3 1 3 3 】人在轴承 4 第1 章绪论 的轴瓦上加工了环形微沟槽( c i r c u m f e r e n t i a lm i c r o g