新型无锥套油膜轴承有别于多年来支撑辊油膜轴承一直采用的锥形锥套和巴氏合金衬套设计,该类轴承直接在辊颈上运转,轴与轴瓦直接装配,形成一对摩擦副。油膜轴承工作时依靠衬套与轧辊表面的油膜承受载荷,轴承是否均载取决于油膜压力的均匀性,为此,应从理论角度合理分析轴承润滑状况,应用数值方法(有限差分法、有限元法和边界元法)分析油膜的压力、温度和膜厚等特性参数的分布规律,继而判断轴承的受载情况,根据轴承受载改进轴承结构,最终力求油膜压力均匀、轴承均载,所以杜绝油膜的过早破裂,延长轴瓦的寿命,对油膜轴承润滑性能的研究显得尤为重要。 本课题采用基于流体动力学理论的有限元算法,探讨了低速工况下无锥套动压油膜轴承的油膜润滑性能计算方法,为动压及动静压无锥套油膜轴承的设计计算提供了理论依据。本文主要对预装在四辊可逆轧机上的支撑辊上的无锥套动压油膜轴承润滑性能进行研究,并应用计算流体动力学软件对油膜进行三维油膜流场分析,为动压轴承润滑分析开拓出一个新的思路。 论文研究内容简述如下： 1.在理论分析过程中,首先建立了计算压力场分布的油膜数学模型,在合理假设的前提下,得到了油膜间隙中液体流动的控制方程即简化的纳维-斯托克斯方程及边界条件；然后采用有限元分析软件ANSYS的高级流体动力学模块对油膜的流场进行了有效的计算流体力学数值模拟,针对不同工况解出油膜的压力分布、速度分布、温度分布、承载能力和流量,无锥套油膜轴承的初始参数是根据经验值大小来确定的。 2.利用流固耦合方法模拟分析了轴瓦的变形和应力,指出油膜压力将引起衬套的弹性变形,从而改变了轴与轴承的间隙,引起了膜厚的变化,导致油膜的压力分布发生变化,油膜的边界条件不再是几何边界条件。 3.基于数值模拟分析结果,本文还重点进行了实验研究以及相关问题的分析。运用计算得出的最优解,会同一系列的实验得到的测试数据,分析了各种参数对油膜性能的影响规律。 文中基于计算流体动力学的三维油膜润滑分析为油膜轴承的油膜流场及油膜压力数值分析计算提供了依据,同时对三维油膜流场的计算流体动力学软件的CFD数值分析也大大减少了流场测试设备的购置,为油膜轴承的试制减少了成本。本方法应用于无锥套油膜轴承的油膜特性分析,为无锥套油膜轴承的研制与推广提供了科学的设计参数。