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(duì)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(dòng)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(chǎng)分布;孔祥濱[6]針對(duì)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(cè)速（particle image velocimetry，PIV）技術(shù)，觀測(cè)了油腔內(nèi)部的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，此流場(chǎng)結(jié)構(gòu)是描述油腔入口處成軸對(duì)稱分布的徑向發(fā)散層流的流動(dòng);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(duì)其性能的影響;于曉東等人[9]針對(duì)速度對(duì)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(chǎng)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(duì)多種因素影響下液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)油腔內(nèi)流體流動(dòng)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(duì)高速液體動(dòng)靜壓軸承，研究了4種不同形狀油腔對(duì)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(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)對(duì)靜壓軸承性能的影響;陳淑江等人[15]對(duì)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(duì)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(huì)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。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張興州. 考慮表面形貌的徑向滑動(dòng)軸承潤滑分析[D]. 青島： 青島大學(xué)： 2015.

[2] 丁振乾. 液體靜壓、動(dòng)靜壓技術(shù)在我國機(jī)床的發(fā)展歷史及現(xiàn)況[J]. 世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)， 2014（2）： 73-76.

[3] 丁曉東， 李歡歡， 譚力， 等. 圓形腔多油墊恒流靜壓推力軸承流場(chǎng)數(shù)值分析[J]. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013， 18（1）： 41-44.

[4] 朱可. 淺談靜壓軸承潤滑系統(tǒng)的調(diào)試及保護(hù)條件[J]. 液壓氣動(dòng)與密封， 2017， 37（9）： 55-58.

[5] 劉豪杰， 郭紅， 張邵林. 基于 FLUENT的深淺腔動(dòng)靜壓軸承油膜壓力研究[J]. 潤滑與密封， 2013， 38（10）： 35-38.

[6] 孔祥濱. 多油墊靜壓推力軸承潤滑性能動(dòng)態(tài)仿真研究[D]. 哈爾濱： 哈爾濱理工大學(xué)： 2018.

[7] 申峰， 陳從連， 劉趙淼. 靜壓油腔流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的PIV實(shí)驗(yàn)研究[C]∥第九屆全國實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議. 杭州： 中國力學(xué)學(xué)會(huì)， 2013： 313-318.

[8] 胡均平， 賈旺， 李科軍. 偏載荷下靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其性能影響[J]. 計(jì)算機(jī)仿真， 2016， 33（1）： 223-228.

[9] 于曉東， 邱志新， 李歡歡， 等. 扇形腔多油墊靜壓推力軸承潤滑性能速度特性[J]. 熱能動(dòng)力工程， 2013， 28（3）： 296-300.

[10] 陳從連， 申峰， 李錦輝， 等. 靜壓油腔內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究[C]∥北京力學(xué)會(huì)第十九屆學(xué)術(shù)年會(huì). 北京： 北京力學(xué)會(huì)， 2013： 101-102.

[11] 岳廣杰. 液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)油腔流動(dòng)特性和承載力的研究[D]. 北京： 北京工業(yè)大學(xué)， 2012.

[12] 丁少鵬， 白少先. 高速氣流靜壓潤滑進(jìn)口壓力損失理論與實(shí)驗(yàn)研究[J]. 潤滑與密封， 2016， 41（5）： 34-38.

[13] 郭力. 油腔結(jié)構(gòu)對(duì)高速動(dòng)靜壓軸承性能的影響[J]. 湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2003， 15（3）： 40-43.

[14] 邵俊鵬. 靜壓推力軸承潤滑性能研究方向[J]. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 16（6）： 1-4， 10.

[15] 陳淑江， 路長厚. 新型螺旋油楔動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承的油腔結(jié)構(gòu)研究[J]. 潤滑與密封， 2006（10）： 15-17， 21.

[16] 郭玉鵬， 張艷芹， 鄧力源， 等. 不同腔形結(jié)構(gòu)靜壓軸承油膜溫升特性對(duì)比分析[J]. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 23（4）： 55-58， 63.

[17] 張成印， 金秋穎， 劉趙淼. 液體靜壓支撐系統(tǒng)中不同形狀油腔的承載力比較[C]∥北京力學(xué)會(huì)第16屆學(xué)術(shù)年會(huì). 北京： 北京力學(xué)會(huì)， 2010： 59-60.

[18] 張艷芹， 陳瑤， 范立國， 等. 四種油腔形狀重型靜壓軸承承載性能理論分析[J]. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013， 18（2）： 68-71.

[19] 溫詩鑄. 摩擦學(xué)原理[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 1990.

[20] 張艷芹， 孔祥濱， 郭麗麗， 等. 基于動(dòng)網(wǎng)格方法的不同油膜厚度下靜壓軸承承載特性分析[J]. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2017， 22（6）： 20-23.