多油墊靜壓支承熱場理論研究

《多油墊靜壓支承熱場理論研究》是依託哈爾濱理工大學，由邵俊鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多油墊靜壓支承熱場理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邵俊鵬
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

重型數控裝備靜壓支承均採用多油墊結構，靜壓支承發熱是影響重型數控裝備精度與效率的關鍵問題。針對多油墊靜壓支承發熱導致潤滑失效現象，基於計算流體力學、傳熱學、摩擦學等理論，建立變粘度下重型靜壓支承單個油墊上油膜相應的數學模型，包括粘溫方程、流量方程、承載能力方程、摩擦力方程、摩擦功率方程、能量方程，通過耦合求解控制方程、計算機仿真，確定絕熱狀態下多油墊靜壓支承油膜溫度分布即摩擦副表面溫度分布。基於傅立葉定律、Newton冷卻定律等理論，建立多油墊靜壓支承熱傳導模型，並引入熱油攜帶因子概念，在綜合考慮實際結構、工況和環境的前提下確定相應邊界條件，對多油墊靜壓支承熱場進行計算，同時確定靜壓支承相對速度、油腔壓力、流量、回油槽尺寸對熱油攜帶因子的影響。通過本課題的研究，揭示變粘度條件下壓力、流量、轉速及熱油攜帶因子對熱場的影響規律，為靜壓支承熱變形研究提供理論基礎。

結題摘要

多油墊靜壓支承高速重載的工況下，軸承本體及油膜溫度隨工作檯轉速的加快而升高，使承載油膜變薄，進而產生靜壓支承本體變形導致潤滑失效，嚴重地制約了生產質量及生產效率的提高，限制了轉速，成為靜壓支承技術發展迫切需要解決的關鍵技術課題。該項目建立了考慮多因素作用的靜壓支承單個油墊上油膜數學模型，推導出支承間隙油膜流量、支承承載能力、油膜剛度的控制方程，完成了多油墊靜壓支承工作介質粘溫關係建立工作，並通過試驗驗證了所建模型的正確性。依據傳熱學的理論及典型實驗，對靜壓支承的工作檯和底座的導熱結構進行合理的簡化，並將複雜的筋板導熱結構分解成筋板間複合導熱的結構，建立相應的導熱微分方程和邊界條件。完成了多油墊靜壓支承旋轉工作檯多工況對流換熱係數計算工作，包括自然對流、強制對流、自然-強制混合對流，為靜壓支承熱場研究提供合理邊界條件。基於潤滑理論及有限體積法，利用計算流體動力學軟體完成多油墊靜壓支承流場數值計算，探明了靜壓支承的潤滑機理。通過對多油墊靜壓支承發熱機理研究推導了多油墊靜壓支承熱油攜帶因子方程，為靜壓支承油膜溫度場計算提供理論基礎。採用有限體積法數值模擬，並與理論解析和試驗研究相結合的方法，系統地完成了多油墊靜壓支承溫度場數值計算，並完成粘度、轉速、腔深、流量對靜壓支承溫升影響計算工作。基於靜壓支承間隙油膜溫度場計算結果並利用數值模擬軟體對導熱微分方程組進行求解，設定合理的邊界條件分別對工作檯和底座的溫度場進行數值模擬，針對采溫困難的靜壓軸承工作檯，設計非接觸式采溫實驗，採用紅外熱像儀和點溫計配合測量旋轉中的工作檯表面的溫度分布，印證了工作檯熱集中規律。該研究揭示了多油墊靜壓支承間隙油膜的流動規律，探明了此類靜壓支承的失效機理，為工程實際中靜壓推力軸承設計、仿真分析及性能研究提供了理論依據。為類似結構的設計和性能預報有重要的指導意義，對於發展高速高效靜壓支承技術具有重要的科學意義。