Page 59 - 《摩擦学学报》2021年第3期

348 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

∫ ∫
承，最大水膜压力也得到了提升.
W y = pR 1 sinαdαdx (7)
S 2.2 不同织构形状的轴承水膜承载能力与减摩性
∫ ∫
能分析
W z = pR 1 cosαdαdx (8)
图5为ε=0.5时，变转速条件下无织构及具有不同
S
合成的水膜承载能力W： 形状的月牙形和径向脊形织构的轴承水膜压力和摩
擦系数对比. 可以看出，相比于无织构的轴承，绝大多
√
W = W +W z 2 (9)
2
y
数有织构轴承的最大水膜压力上升、摩擦系数减小，
水膜摩擦阻力F 和F ： 尤其是在动压润滑效应形成较为良好的高转速条件
y
z
∫ ∫
下. 随着转速的增加，所有织构形状轴承的水膜压力
F y = τR 1 cosαdαdx (10)
S 基本呈现出逐渐增加的趋势，摩擦系数则大体表现为
∫ ∫
先减小后增加. 其中，型号为CC0808的月牙形织构具
F z = τR 1 sinαdαdx (11)
S 有最高的水膜压力，型号SC0808织构的摩擦系数总体
合成的水膜摩擦阻力F： 最小. 综合来看，型号CC0808织构的减摩性能和水膜
√
承载能力优化最佳. 对于径向脊形织构，型号CR0202
2
F = F + F 2 z (12)
y
织构总体表现出最良好的水膜承载能力，型号DR0202
2
其中：S为水膜近轴面接触面积，m . 织构则基本拥有最低的摩擦系数. 并且，型号DR0202
从而计算得出摩擦系数为μ=F/W.
织构的减摩性能和水膜承载能力综合优化最佳.
2 结果分析与讨论 如图6(a~c)所示是在r=60、300和540 r/min的转速
条件下，型号SC0808织构在垂直于轴承长度方向的截

2.1 计算模型有效性验证 面处水膜的流迹线图，水膜压力逐渐增大的原因由此
为保证计算模型的有效性，如图4(a)所示是参考 解释. 能够清晰地看出，在r=60 r/min时，整个微织构
文献[24]中的全长轴承水膜模型，设定其几何参数、控 内的流体处于湍流状态并具有一定的速度差，上部流
制方程、边界条件及网格划分方法与原文献保持一 迹线也具有一定的波动. 在r=300 r/min时，微织构的
致，但设定其工作条件与本文一致，即同为ε=0.5， 左上部开始形成1个微小的涡核，上部流迹线也趋于
r=300 r/min的无织构轴承水膜. 如图4(b)所示是本文 平稳，整个织构内流体的湍流状态得到了一定缓和.
中有、无织构的水膜周向压力与原文献水膜周向压力 在r=540 r/min时，微织构内的流体已经形成了具有一
的对比. 可以看出，与原文献中相比，本文中的水膜周 定半径的涡核并具有较大涡宽，整体流速差减小，湍
向压力变化趋势基本吻合，水膜压力的最大值和最小 流减弱，能量损失降低，相应获得了更高的水膜压力
值的集中区域也同样分布在水膜最薄区域的两侧，表 和承载能力.
明本文中采取的计算模型和计算方法较为合理. 此 图6(d~f)所示为上述转速条件下，型号CC0808织
外，有织构的轴承水膜压力波动明显大于无织构轴 构截面处水膜的流迹线图，摩擦系数先减小、后增大

105 000
(a) (b)
104 500 Smooth, in reference
Smooth, in this paper
104 000 SC0808, in this paper
Pressure/Pa 103 500
103 000
102 500
102 000
101 500
0 60 120 180 240 300 360
Angle/(°)

Fig. 4 Water film model and contrast of circumferential pressure of the water film
图 4 轴承水膜模型及水膜周向压力对比