[发明专利]一种基于Taylor涡调控的液体润滑转轴减阻方法

说明书

本发明公开了一种基于Taylor涡调控的液体润滑转轴减阻方法，属于液体润滑转轴减阻技术领域。该液体润滑转轴减阻方法利用Taylor‑Couette流动情况下Taylor涡的迟滞效应，转轴在转动时，转轴和轴套之间润滑液体的周向流动属于Taylor‑Couette流动，通过控制Taylor‑Couette流动中转轴和轴套之间间隙的液面高度，控制转轴的转速和待测液体的注入速度，实现不同雷诺数、不同注入速度下Taylor涡的迟滞效应，通过缓慢增加转轴和轴套之间润滑液体的液位高度，改变Taylor涡的尺寸和数量，从而减少转轴的阻力。该液体润滑转轴减阻方法具有操作便捷，易于实现、减阻效率显著、稳定，适用范围广的特点。

技术领域

本发明涉及一种液体润滑转轴减阻方法，具体地说，涉及一种基于Taylor涡调控的液体润滑转轴减阻方法。

背景技术

液体润滑的转轴与轴套在工程中应用很普遍，是通用的转动副形式。当转轴在轴套中旋转时，会带动润滑液体沿周向流动，附带产生的摩擦阻力是该类型转动副的主要阻力来源。在文献“Experimental study of expansion and compression effects on thestability of Taylor vortex flow[J].”(Fluid Dynamics Research,2016,48(4):045502.)文中，介绍了一种通过逐渐移动Taylor-Couette装置上顶板的方法达到Taylor涡调控的目的。但该装置设计复杂，在工业领域较难以应用，且未能通过Taylor涡调控达到减阻的目的。目前工业应用领域没有较好的方法能持续有效地降低转轴和轴套间的阻力。

转轴与轴套之间润滑液体的流动属于Taylor-Couette流动，当转轴的转速超过一临界值时，该临界值对应的Taylor数一般约为1708。在液体内部会产生沿主轴方向呈规则周期性分布的Taylor涡对，且这些稳定涡结构的尺寸和数量主要与转轴和轴套之间的距离以及转动副内润滑液体的液位高度有关。已有研究表明，润滑液体产生摩擦阻力的大小与主轴方向分布的横向Taylor涡强度和尺度密切相关。在相同运动条件下，Taylor涡数量越少，强度越低，则转轴所受摩擦阻力就越小。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于Taylor涡调控的液体润滑转轴减阻方法；该液体润滑转轴减阻方法利用Taylor-Couette流动情况下Taylor涡的迟滞效应，通过缓慢增加转轴和轴套之间润滑液体的液位高度，改变Taylor涡的尺寸和数量，从而减少转轴的阻力。该液体润滑转轴减阻方法具有易于实现、减阻效率显著、稳定的特点。

转轴在转动时，转轴和轴套之间润滑液体的周向流动属于Taylor-Couette流动，由于Taylor涡具有保持原有状态不变的效应——迟滞性。当通过注射孔逐渐增加液位高度时，Taylor涡为维持原状会被逐渐拉长，达到相同液位高度时，逐渐加注液体时Taylor涡的尺寸要比不加注液体时相同液位高度Taylor涡的尺寸要大很多，即在相同的液位高度下加注液体时Taylor涡的数目要小于不加注液体时Taylor涡的数目。由于相同液位高度下Taylor涡的数目减少，对应的转矩值降低，即实现了逐渐增加间隙的液位高度实现减阻的目的。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是:一种基于Taylor涡调控的液体润滑转轴减阻方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.选取转轴和轴套的尺寸；

要求0.9≥η＝R_i/R_o≥0.5，ξ＝H/(R_o-R_i)≥3，式中，R_i为转轴半径，R_o为轴套半径，H为转轴的高度；转轴外表面和轴套内表面粗糙度均小于1.6，利用超声波对转轴外表面与轴套内表面做清洁处理，确保转轴外表面与轴套内表面无残留杂质；在轴套侧壁上距离下底面20mm处开有直径为2mm的注射孔，转轴与轴套同轴度小于0.02，且垂直于下表面；