进一步研究油膜厚度对支承轴承性能的影响,考虑到油膜厚度的合理范围,分别取油膜厚度为0.06 mm、0.07 mm、0.08 mm、0.09 mm、0.10 mm,轴颈转速为100 r˙min-1,偏心率为0.6进行动力学仿真分析,轴承性能仿真结果如下所示。
分析不同油膜厚度对油膜压力分布影响可知,油膜最大压力随油膜厚度的增加而减小。由图5.4.15(d)可知,当油膜厚度为0.06 mm时,轴承油膜最大压力为13.4 MPa,随油膜厚度的增加压力值明显减小。当油膜厚度为0.10 mm时,油膜最大压力为4.62 MPa。油膜最大压力减幅为65.5%,该结果表明油膜厚度对油膜压力值影响很大。
图5.4.15 不同油膜厚度下油膜压力分布图
图5.4.16给出了转速为100 r/min-1,偏心率为0.6工况条件下,轴承承载能力、轴承气穴体积及油膜平均温度随油膜厚度的变化关系。如图5.4.16(a)所示,相同转速下,轴承承载能力随油槽数量的增加而减小。当油膜厚度为0.06 mm,轴承A承载能力为563 437.16 N,油槽数量增加到3时,轴承C承载能力为237 920.01 N。图5.4.16(b)描述了油膜厚度对轴承气穴体积分数的影响。由图可知,当油膜厚度较小时,不同结构轴承气穴体积分数有较大区别。油膜厚度大于0.08 mm时,轴承B、轴承C和轴承D气穴体积分数接近一致。如图5.4.16(c)所示,油膜平均温度随油膜厚度的增大明显降低。当油膜厚度大于0.08 mm时,油膜温度逐渐减小,这是由于随着温度的降低润滑油黏度上升,而生热率降低缓慢,导致温度下降的趋势变缓。油膜与轴承对流换热情况的增强,也会引起轴承润滑能力的变化。
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图5.4.16 不同油膜厚度下轴承性能仿真结果
图5.4.17和图5.4.18描述了油膜厚度对轴承最大变形和最大应力的影响。结果表明:在油槽结构参数相同的情况下,轴承的最大变形量和最大应力随油膜厚度的增加有所下降。以轴承D为例,当油膜厚度为0.06 mm时,轴承最大变形量为0.0 034 mm,轴承最大应力为7.531 8 MPa。油膜厚度增大到0.1 mm时,轴承最大变形量为0.001 5 mm,轴承最大应力为3.239 2 MPa。结果表明,油膜厚度越小,对轴承的变形量和应力值影响越明显。因此,对位置输出精度有较高要求的机构,设计时必须考虑其油膜厚度对整体系统的影响。
图5.4.17 不同油膜厚度下轴承最大变形
图5.4.18 不同油膜厚度下轴承最大应力
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