Page 140 - 摩擦学学报2025年第10期

第 10 期 孙逸豪, 等: 空气吸入对挤压油膜阻尼器油膜动特性影响研究 1537

⃗
⃗
利用单位体积内气泡数密度和单个气泡的质量变化 −f x sinθ + f y cosθ
K = (18)
速率计算单位体积的总相间传质速率. e
式中： ⃗ 为x方向油膜力，单位为N； 为y方向油膜力，
⃗
Å ã
DR b
2 f x f y
R = n× 4πR ρ ν (11)
b
Dt 单位为N； ω为进动角速度，单位为rad/s； e为进动半
式中： n表示单位体积内气泡的个数. 径，单位为m.
净相变率表达式为 油膜对轴颈所做负功表达式为
2 2
2 P b − P (19)
3αρ ν W = e ω T p C eqv
R = (12)
式中： C eqv 为等效阻尼，单位为N·s/m， T p 为油膜进动
R b 3 ρ l
将气泡蒸发公式应用于气泡凝结过程可得 周期，单位为s，等效阻尼和平均刚度为各周向坐标下
…
3α ν ρ ν 2|P b − P| 阻尼和刚度的平均值.
R e = F sign(P b − P);P < P ν (13)
R b 3 进动频率及进动半径不变时，采用等效阻尼衡量
式中： F为经验校准系数. SFD阻尼效果，其余情况采用油膜对轴颈所做负功进
随着气泡生长，气相体积分数増加，成核位置气 行讨论.
核密度减小，需用 α nuc (1−α ν )对式中 α ν 进行修正. 1.3 SFD流体域参数
Z-G-B空化模型最终表达式为 图1所示为一侧供油一侧开口的SFD模型， o b o e 表
示静偏心距，方向为y轴负方向； o e o J 表示进动半径. 其

2 P ν − P
3α nuc (1−α ν )ρ ν
R e = F νap ;P < P ν (14) 主要结构参数列于表1中，当部分参数作为变量讨论
R b 3 ρ l
时，相应位置有详细说明. 将滑油黏度与温度简化为

3α ν ρ ν 2 P− P ν 线性关系，313.15 K黏度为0.059 636 Pa·s，373.15 K
(15)
R c = F cond ; P > P ν
R b 3 ρ l
黏度为0.005 963 6 Pa·s.
式中：气泡半径 R b = 10 m；成核位置体积分数 α nuc = 5× 1.4 SFD边界条件
−6
10 ；蒸发系数为 F vap = 50；凝集系数为 F cond = 0.01. SFD外壁面静止，内壁面进动，左侧为进油口，不
−4
1.2 油膜动特性 做变量讨论时进油压力为20 kPa；右侧为出油口，与
提取各时间步的x和y方向油膜力，轴颈进动周期分 大气接触，如图2所示.
100步进行计算，则各时间步对应的周向坐标表达式为 1.5 计算流程
λ 采用瞬态计算，油膜特性在第2个周期趋于稳定，
θ = ×360 −(m−1)×360 ◦ (16)
◦
100 取此周期数据进行分析讨论，文中表示为进动角度0°~
式中： θ为周向坐标(°)； λ为时间步数； m为周期数. 360°或0~T时刻. 具体计算流程如图3所示.
阻尼和刚度的表达式为 1.6 理论验证
⃗
⃗
−f x cosθ − f y sinθ 为了验证计算方法的正确性，特选取静偏心距为
C = (17)
ωe 0.016 17 mm，进动半径0.192 5 mm，进动频率50 Hz，
Journal Pin Static

Base eccentricity Journal
Inlet Outlet

ω
O b
O b
O e
O e
O J
O J
Rolling bearing Oil film Base Whirl radius
(a) SFD structure diagram (b) SFD front view (c) SFD side view
Fig. 1 Schematic diagram of SFD structure
图 1 SFD结构示意图