[发明专利]高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法

说明书

本发明提供了一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，其包括以下步骤：步骤1，考虑空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应等多因素的耦合作用，建立高速水润滑动压螺旋槽径向轴承润滑模型；步骤2，高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能分析计算；步骤3，高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计，以获得尽可能高的承载力、直接刚度和稳定性，尽可能低的摩擦功耗和温升。采用本发明提供的高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，能够大幅提高该类轴承静动态性能设计精度，降低设计风险，为此类轴承性能分析和工程设计提供有效方法。

技术领域

本发明涉及一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，属于滑动轴承设计领域。

背景技术

近年来，水润滑轴承技术倍受国内外关注。根据承载原理的不同，水润滑轴承可分为水润滑静压轴承和水润滑动压轴承两种。水润滑静压轴承依靠外界高压供水系统强制形成润滑膜，外围设备成本高，占用空间大，在工程上的广泛应用受到了严重制约；而水润滑动压轴承能依靠主轴的转动自主地形成动压流体膜，结构简单，成本低。更重要的是，与普通的水润滑动压轴承相比，水润滑动压螺旋槽径向轴承集稳定性好、摩擦功耗低和自动泵送作用等优良性能于一体，可望在高速旋转机械中获得工程应用。

高速工况下，水润滑动压螺旋槽径向轴承中的空化现象严重，轴承处于气-液二相流润滑状态，空化问题的本质在于两相界面上存在质量、动量和能量传递；同时，高速水润滑动压螺旋槽径向轴承中的流体对流惯性力、紊流和温升问题凸显；更重要的是，空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应还会相互耦合，轴承的紊态空化流的热动力润滑机理十分复杂。然而，现有的动压螺旋槽径向轴承润滑理论主要针对轻载小尺寸轴承的油(或气体)润滑而建立的，已不能正确描述高速水润滑动压螺旋槽径向轴承的动力学行为，其计算精度低，不能应用于此类轴承静动态性能设计。

因此，需要考虑空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应等多种因素的耦合作用，建立一种适用的轴承润滑模型，提出四自由度螺旋槽径向轴承静动态性能计算的一般方法，发明一种高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，从而大幅提高此类轴承性能设计精度，缩短研发周期。

发明内容

技术问题：针对高速水润滑螺旋槽径向轴承的空化、流体对流惯性、紊流和温升凸显问题，本发明基于二相流体动力学理论，考虑气-液界面上的质量、动量和能量传递，提出一种新的基于雷诺方程的异质二相流空化模型；并在此基础上，考虑流体对流惯性效应、紊流效应和热效应等多因素的耦合作用，建立一种适用的高速水润滑螺旋槽径向轴承润滑模型；综合运用边界拟合坐标法和控制体积-有限差分法数值求解所建立的润滑模型，提出四自由度螺旋槽径向轴承静动态性能计算的一般方法，继而提出此类轴承静动态性能设计方法，旨在大幅提高轴承性能设计精度和一次设计成功率。

技术方案：

本发明所述高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计方法，包括以下步骤：

步骤1：考虑空化效应、流体对流惯性效应、紊流效应和热效应等多因素的耦合作用，建立高速水润滑动压螺旋槽径向轴承润滑模型；

步骤2：高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能分析计算；

步骤3：高速水润滑动压螺旋槽径向轴承静动态性能设计，以获得尽可能高的承载力、直接刚度和稳定性，尽可能低的摩擦功耗和温升。

其中，