极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

摘要

极端工况条件下，静压支承间隙润滑油膜受到强挤压力与强剪切力的联合作用，润滑油的温度升高，黏度下降，油膜变薄，导致运行过程中极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得。为解决此技术难题，设计一种新型油垫可倾式静压支承结构，形成静动压混合推力轴承，提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承，建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。使用Solidworks 3维软件建立静压支承油膜的3维几何模型，利用ANSYS ICEM软件进行高质量的间隙油膜结构化网格划分，将油膜网格导入ANSYS CFX设置对应的边界条件，应用MATLAB拟合46^#润滑油的黏温关系曲线进行变黏度仿真，求解并分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征，求得摩擦副热力耦合变形。将变形场数据提取并导入MATLAB中进行数据处理，获得3维油膜形貌，判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置，获得油膜厚度状态，验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明：极端工况下，该新型结构润滑效果大大改善，轻载高速时热变形起主导作用，油膜厚度差异较大；低速重载时力变形占主导地位，油膜较平滑；油腔外侧封油边交角处变形最大，此处油膜最薄，易发生摩擦学失效。

关键词

静动压混合支承 / 可倾式油垫 / 润滑状态 / 热力耦合变形 / 微间隙油膜形貌