进一步研究偏心率对支承轴承性能的影响,考虑到轴承实际运行情况,分别取偏心率为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8,轴颈转速为100 r/min,油膜厚度为0.10 mm进行动力学仿真分析,轴承性能仿真结果如下所示。
图5.4.7描述了四种轴承在不同偏心率下油膜压力分布情况,由图可知,油膜的压力随偏心率的增加而明显增大。对比四种轴承,轴承A的油膜最大压力明显高于其他三种轴承。由图5.4.7(c)可知,当偏心率为0.6时,轴承C的油膜最大压力仅为2.43 MPa,随偏心率的增加,最大压力值明显增大。产生这种现象的原因是偏心率的变化会引起最小油膜厚度的改变。此外,油槽数量的增加也会引起油膜最大压力的减小。
图5.4.7 不同偏心率下油膜压力分布
图5.4.8给出了支承轴承性能随偏心率变化曲线。由轴承承载能力曲线可以看出,相同偏心率时,油槽数量越多,轴承承载能力越小。同时还可以发现,四种轴承的承载能力随偏心率的增大都有所增大,但增大幅度有所差别。对比轴承C和轴承D承载能力曲线可以发现,轴承D的承载能力增幅明显高于轴承C。这是由于偏心率较低时,轴承的动压效应不够明显,随着偏心率的增大,动压效应逐渐增强,承载能力随之增大。由图5.4.8(b)可知,轴承A的气穴体积分数明显高于其他三种轴承。当偏心率为0.4时,轴承A气穴体积分数为9.38%。而当偏心率增大到0.6时,轴承A气穴体积分数增大到11.95%。轴承B和轴承D的气穴体积分数基本相同,偏心率为0.4时,两者偏差为0.02%,而当偏心率增大到0.8时,两者偏差也仅为0.06%。由油膜平均温度变化曲线可以看出,偏心率对轴承动力学性能影响很大,偏心率的改变引起润滑性能的变化,油膜平均温度随偏心率的增大而增大。这是由于偏心率的增大会引起流场强度的增强,而流场内流体的速度梯度也随之增大。此外,根据曲线的变化还可以发现,油膜平均温度随油槽数量的增加明显下降,这是由于空气体积分数的减小使得润滑油体积分数增加,提高了轴承的润滑性能。
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图5.4.8 不同偏心率下轴承性能仿真结果
如图5.4.9所示,不同油槽结构参数条件下,轴承最大变形量随偏心率变化而改变。偏心率对轴承最大变形量的影响趋势相近,轴承变形量随偏心率增加而增大。偏心率变化对轴承A和轴承B的最大变形量影响变化趋势接近一致。以偏心率0.6为界,在此之前偏心率对最大变形量影响较小,而当偏心率超过0.6时,最大变形量随偏心率增加有大幅度的上升。图5.4.10给出了不同油槽结构参数条件下,轴承最大等效应力随偏心率变化曲线。分析结果表明,最大应力变化曲线与最大变形量变化曲线相似,增大偏心率的同时轴承最大等效应力也会随之增加。
图5.4.9 不同偏心率下轴承最大变形
图5.4.10 不同偏心率下轴承最大应力
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