滑动轴承内流体压力分布及其承载力影响因素计算分析文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

滑动轴承作为旋转机械的支撑部件,对旋转机械安全运行的影响很大。开展滑动轴承特性研究,具有重要的理论和工程应用价值^【9】。

建立了基于Reynolds方程的滑动轴承求模型,在MATLAB环境下开发了滑动轴承性能分析计算程序。应用该程序,研究了压力、载荷、偏位角等参数与转速、偏心率、宽径比等因素之间的关系。研究结果表明,随着转速增高,油膜正压力区内各点压力均增高,周向和轴向上的压力变化趋势基本不变,偏心率和宽径比对压力分布、载荷和偏位角的影响较大。

了解发动机主轴承的工作状态，对提高发动机性能至关重要。然而，在大多数研究中，很少同时考虑发动机主轴承的热效应和热效应变形。BI Fengrong,SHAO Kang^【2】等人选择了一种典型的有限元模型，研究了利用热弹流(TEHD)反应对发动机主轴承的计算。在计算各种轴承特性时，利用雷诺边界条件对油膜压力进行了数值求解。整个模型考虑了润滑油的温压-粘度关系、表面粗糙度效应以及轴颈与轴承的角度偏差。对一台典型的I6柴油机主轴承的运行进行了数值模拟，讨论了影响混合润滑的几个因素的重要性。摘要分析了I6型柴油机轴颈偏心主轴承在弹流(EHD)和倾向载荷作用下的性能特点，并在大范围的发动机运行范围内估算了轴颈中心轨道运动、主轴承最小油膜厚度和最大油膜压力。通过与现有模型的比较，验证了该模型的正确性。揭示了不同影响因素对发动机主轴承在轴颈偏心影响下的倾向性能，有助于了解EHD和偏心率对发动机主轴承的倾向影响。

对滑动轴承流体润滑工作原理的探索可上溯至几百年前^【9】。在针对流体润滑机理进行研究之前,1822年,Navier首次提出了粘性流体的一般运动方程,方程考虑了流体粘性造成的流体内部摩擦。1845年,Stokes在此基础之上推导出了粘性流体的运动方程,在一些相对简单的条件下对方程做积分处理,从而得到了Navier-Stokes方程。该方程实际上就是后来出的Reynolds方程的完整形式。

早在1885年,B.Tower就在对滑动轴承性能进行的研究中发现了动压现象。随后,Reynolds于1886年在人为设定数个合理的假设的基础上对实验所得结果进行了数学推导,忽略了惯性力、彻体力等相对小量,对连续性方程、N-S方程做出了简化,成功从理论上得出了流体动压润滑的机理,并进一步推导出描述滑动轴承油膜压力分布的Reynolds方程。之后Rankine教授在1896年发表论文“对转轴离心力的分析讨论”指出:“转轴维持稳定运转的前提是工作在一阶临界转速之下”。1919年,Jeffcott教授提出新结论,认为转轴在运行中转速超过临界转速的情况下仍能够保持平稳工作,这有赖于自动定心现象。但随后发生了多起汽轮发电机组工作转速超过临界转速所引起的严重事故。Newkirk首先对该振动现象做出了详细描述,认为是油膜力导致的剧烈的自激振荡最终造成了汽轮发电机组系统失稳。大约在20世纪60年代,针对流体动压润滑中稳态以及非稳态状态下运行的特性,较为系统的油膜动力特性模型逐渐完善,其中主要包含了四个刚度系数和四个阻尼系数。

Reynolds方程拥有较为良好的工程实用,但在某些情况下方程成立的前提假设并不符合实际,比如改用气体润滑剂等。此时,计算结果就可能不满足精度要求,必须对Reynolds方程进行适当修改之后再付诸应用。

大型汽轮发电机组是一个多支撑结构,轴系中任一轴承标高的变化都将影响所有轴承的载荷分配,因此研究轴承载荷灵敏度对机组稳定运行非常重要。田永伟等^【7】利用传递矩阵法计算了某1000MW机组轴系扬度曲线及轴承载荷与灵敏度,对比分析了计算扬度曲线与实测曲线,两者在轴系中间吻合较好,两端差别较大。由计算扬度曲线与实测扬度曲线分别计算了轴系各轴承载荷分布情况,由计算扬度值得出的同根转子轴承载荷分配较为均匀。结合载荷对标高变化的灵敏度分析了该机组轴承载荷对标高变化规律,端部轴承对载荷的灵敏度较小,而中间部位较大。分析结果对该机组运行有指导意义。

参考文献

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