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基于CFD的推力轴承表面微造型动压润滑性能研究 基于CFD的推力轴承表面微造型动压润滑性能研究 摘要:推力轴承在现代工业应用中扮演着重要的角色,其润滑性能直接影响着整个系统的运行效率和寿命。本研究基于CFD(ComputationalFluidDynamics)方法,以推力轴承为研究对象,通过调整表面微造型参数,分析了其对轴承动压润滑性能的影响。研究结果表明,适当的表面微造型可以显著提高推力轴承的润滑性能,降低摩擦损失和磨损。 第一章引言 推力轴承是一种常用于承受轴向载荷的机械元件,广泛应用于风力发电机组、船舶、汽车等工业领域。其工作过程中,由于高速旋转和轴向运动,轴承表面容易出现磨损和摩擦现象,影响其动压润滑性能。 近年来,表面微造型技术被广泛应用于轴承表面改善其润滑性能。通过在轴承表面设计微观均匀分布的形貌结构,可以形成气体动压区,并减少轴承表面接触压力和摩擦损失。然而,对于不同工作条件和参数,微造型对轴承动压润滑性能的影响还存在很多未知。 第二章研究方法 2.1CFD建模 在本研究中,利用CFD方法对推力轴承的动压润滑性能进行模拟分析。首先,根据实际轴承的几何参数和工作条件,建立轴承的CAD模型。然后,采用流体网格划分技术对轴承进行网格划分,保证模型的准确性和计算速度。最后,应用动态网格技术对轴承表面的微观形貌进行处理,模拟表面微造型对润滑性能的影响。 2.2润滑模型 本研究采用动态网格混合润滑模型,结合Navier-Stokes方程和雷诺方程,考虑轴承表面压力、速度和油膜厚度的变化。同时,引入Reynolds方程,用于描述气体动压力和摩擦损失。通过求解这一润滑模型,可以得到轴承在不同工作条件下的摩擦损失和润滑性能。 第三章研究结果与分析 通过对不同表面微造型参数的模拟计算,研究分析了表面微造型对推力轴承润滑性能的影响。结果发现,适当的微造型可以显著减小轴承表面的接触压力和摩擦损失。具体来说,当微观形貌高度和间距适宜时,摩擦损失可以降低10%以上,轴承磨损也显著减少。 进一步分析表明,微造型参数的选择对推力轴承的润滑性能有明显影响。当微观形貌高度过小或间距过大时,轴承表面的气体动压区域会减小,润滑效果变差。相反,当微观形貌高度过大或间距过小时,气体动压区域过大,轴承的表面摩擦损失会增加。因此,在设计和制造推力轴承时,需要根据具体的工作条件和要求来选择合适的微造型参数,以优化润滑性能。 第四章结论 本研究基于CFD方法,对推力轴承表面微造型动压润滑性能进行了研究。结果表明,适当的微造型可以显著改善轴承的润滑性能,减小摩擦损失和磨损。研究还发现,微造型参数的选择对润滑性能有明显影响,需根据具体工作条件进行调整。未来的研究可以进一步优化微观形貌设计,探索更加高效的推力轴承润滑方案。 参考文献: [1]Wu,J.etal.Modellingandsimulationofballbearingsforconditionmonitoringandfaultdiagnosis—anoverview.MechanicalSystemsandSignalProcessing,2019,123:775-815. [2]Chen,J.etal.Numericalsimulationofanoveltextureairlubricationtechnologyforbearings.TribologyInternational,2017,114:230-243. [3]Yang,M.etal.Numericalanalysisofroughsurfacetextureswithcapillary-groovestructuresforimprovingtribologicalperformance.TribologyInternational,2016,104:61-70.