矩形靜壓油腔的潤滑性能分析

張盛晗 孫浩洋 張洪信

摘要：為解決矩形靜壓油腔的潤滑特性問題，本文建立了矩形靜壓油腔數(shù)學(xué)模型，并采用高斯-賽德爾迭代法，應(yīng)用FORTRAN語言編程求得油腔的壓力分布。同時(shí)，研究了油腔中心位置偏移對承載能力的影響。研究結(jié)果表明，靜壓油腔的承載區(qū)域隨著油腔中心位置的偏移而偏移，外油腔壁邊附近的壓力梯度比遠(yuǎn)離外油腔壁邊的壓力梯度大，且靜壓油腔的總承載能力也將降低，因此應(yīng)提高靜壓油腔的制造精度，減小油腔中心位置的偏移量，以改善其壓力分布，并提高承載能力。該研究為解決矩形靜壓油腔的潤滑特性提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：靜壓油腔; 潤滑; 偏移量; 壓力分布; 壓力梯度; 總承載力

靜壓潤滑需要連接外接設(shè)備往承載區(qū)域注入帶壓力的潤滑劑以支撐外載荷[1]，其精度、剛度和可靠性較高，且壽命較長[2]，同時(shí)在切削時(shí)產(chǎn)生的振動較小[3]，因此靜壓軸承被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床及重型機(jī)械中[4]。在深淺腔靜壓軸承的研究中，劉豪杰等人[5]計(jì)算了其靜特性參數(shù)以及在不同轉(zhuǎn)速和偏心率影響下的油膜三維壓力場分布;孔祥濱[6]針對液體靜壓軸承，研究了其隨著膜厚改變時(shí)的潤滑特性;申峰等人[7]采用二維粒子圖像測速（particle image velocimetry，PIV）技術(shù)，觀測了油腔內(nèi)部的流場結(jié)構(gòu)，此流場結(jié)構(gòu)是描述油腔入口處成軸對稱分布的徑向發(fā)散層流的流動;在液體靜壓導(dǎo)軌方面，胡均平等人[8]研究了油腔形狀以及結(jié)構(gòu)參數(shù)在外載荷偏移的情況下對其性能的影響;于曉東等人[9]針對速度對扇形腔多油墊靜壓推力軸承潤滑性能的影響，分析并得到了其影響規(guī)律，避免了靜壓支撐摩擦失效的產(chǎn)生;陳從連等人[10]研究了圓形靜壓油腔內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)在不同入口雷諾數(shù)影響下的特性;岳廣杰[11]采用實(shí)驗(yàn)、數(shù)值及理論方法，對多種因素影響下液體靜壓轉(zhuǎn)臺油腔內(nèi)流體流動特性進(jìn)行研究;丁少鵬等人[12]建立了高速氣流工況下的靜壓潤滑壓力損失模型，并實(shí)驗(yàn)研究了其間隙壓力分布特性。由于油腔有多種形狀，每種形狀都有其潤滑特性，郭力[13]針對高速液體動靜壓軸承，研究了4種不同形狀油腔對其潤滑油流量已經(jīng)承載能力的影響，說明角向小孔軸承具有最優(yōu)良的性能;邵俊鵬[14]研究了壓力場、溫度場、流場對靜壓軸承性能的影響;陳淑江等人[15]對一種新型螺旋油楔靜壓油腔的性能隨著螺旋角、深度以及包角等參數(shù)的變化進(jìn)行研究;在靜壓油腔溫升特性方面，郭玉鵬等人[16]分析了扇形、橢圓、矩形、工字形等4種形狀的靜壓油腔。矩形靜壓油腔油膜最大壓力較小，承載能力較大[17]，而承載能力是靜壓油腔性能的重要指標(biāo)[18]，加工誤差等因素可導(dǎo)致油腔位置出現(xiàn)偏移。因此，本文研究了矩形靜壓油腔中心位置偏移對壓力分布規(guī)律和承載能力的影響。該研究為解決矩形靜壓油腔的潤滑特性提供了理論依據(jù)。

1 數(shù)學(xué)模型

4 結(jié)束語

本文研究了矩形靜壓油腔的壓力分布和承載特性，指出靜壓油腔的承載區(qū)域會隨著油腔中心位置的偏移而偏移，靠近外油腔壁邊附近的壓力梯度比遠(yuǎn)離外油腔壁邊的壓力梯度大，且靜壓油腔的總承載能力也將降低。因此應(yīng)提高靜壓油腔的制造精度，減小油腔中心位置的偏移量，以改善其壓力分布并提高承載能力。影響靜壓軸承承載性能的因素有很多，比如間隙油膜厚度[20]、溫度等，在實(shí)際生產(chǎn)工作中，應(yīng)綜合考慮多種實(shí)際因素，以進(jìn)一步提高其性能。

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