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第卷第期大连理工大学学报.
年
推力轴承油膜刚度的
三维热弹流动力润滑计算
马霞岳董毓新
土木工程系
摘要
在推力轴承油膜刚度二维热弹流动力谰滑计算有限单元法基础上,进一步考虑丁
油膜温度沿油膜厚度方向的变化,进行了轴瓦的热传导计算. 首次采用有限单元法进
。计算结果与实测值比
较有很高的精度. 比过去的计算结果更加准确。
关键词: 推力轴承有限单元法刚吏系数/三维热弹流动力润滑
分类号: .
在文献中, 作者曾建立了二维热弹流动力润滑计算的有限单元法, 考虑了油膜动
力粘度系数随温度的变化以及轴瓦的机械变形和热变形, 计算与实测值比较有一定的准确
度。但油腹的温度场不是封闭的, 与实际情况有一定的出入, 而且分析中忽略了温度在油胰
厚度方向的变化, 缺乏足够的理论依据。本文在文献的基础上建立起完整的推力承
三维热惮流动力润滑计算的有限元模型, 并就县体实例进行计算分析。
雷诺方程
假设润滑油为有粘不可压缩的牛顿流体, 表征油膜流场的广义雷诺方程为
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大连理工大学学掼卷
为油膜压力为油膜厚度为澜精油的动力粘性系数。其边界条件是在袖瓦的个
周边油膜压力为零
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采用伽辽金法并借助格林高斯公式, 对式离散化,得出单元的系数矩阵
和右端向量。, 其特征系数为
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由于, 和都是坐标的函数, 上式需通过数值积分计算。
热能量方程
抽捩温度场的能量万栏为
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由于假谩流体为不可压缩的,上式中省略了专这~项。
温度场的边界条件为
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式为进口边边界条件, 式为油膜与轴瓦接触面边界条件, 式表示其
他绝热边界。·
油膜温度场采用空间结点等参元, 形函数为, 结点自由度只一个即油膜温度
.速度与速度的导数的计算是先求出单元个结点的“。,口值, 然后再计算各个高
斯积分点的速度值。
、温度的计算仍然利用伽辽金方法,井利用分部积分公式,得到用矩障形式表示的热能量
方程为
一
其特系数为
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期马震岳等: 推力轴承油膜刚度的三维热弹流动力润滑计算
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式中: 軎軎
式中第三项的积分只在那些与外界接触井有热传导发生的表面上进行,对于绝热
边界这一项为霉
轴瓦的热传导方程和轴瓦变形
轴瓦的热传导方程
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其边界条件为
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告。. 一一⋯
对于水冷瓦结构, 如果水冷管网冷却水的温度为。, 则有。。
一一
“⋯。
式中; 和为轴瓦和油膜的温度和为轴瓦和润滑油的热传导系数为轴瓦的
厚度为轴瓦上表面至水冷管羽的距离。
式表示在与油膜接触表面热传导的方向总是垂直于接触面, 为表面的外法线方
向, 并且薅