(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111668732.4 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 河海大学 地址 211100 江苏省南京市江宁区佛城西 路8号 (72)发明人 黄丹　闫康昊　余泽洋　陆炎洲　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 董建林 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性 能设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种高速重载可倾瓦径向滑 动轴承静态性能设计方法， 具体包括以下步骤： 首先， 考虑流体紊流效应、 热效应以及弹性变形 等多因素的耦合作用， 建立高速重载可倾瓦径向 滑动轴承润滑模型； 基于润滑模型， 进行高速重 载可倾瓦径向滑动轴承静态性能分析计算； 针对 静态性能分析结果指导重载可倾瓦径向滑动轴 承设计与优化。 采用本发明提供的高速重载可倾 瓦径向滑动轴承静态性能设计方法， 能够大幅提 高该类轴承静态性能设计的精度， 降低轴承设计 风险， 为此类轴承性能分析和工程设计提供借 鉴。 权利要求书3页 说明书8页 附图8页 CN 114462157 A 2022.05.10 CN 114462157 A 1.一种高速 重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 考虑多因素的耦合作用， 建立高速重载可倾瓦径向滑动轴承润滑模型， 所述因素包括 紊流效应、 热效应、 黏温黏压效应以及瓦块弹性变形； 对高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能进行分析计算； 对高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能进行设计。 2.根据权利要求1所述的一种高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能设计方法， 其特 征在于， 所述考虑多因素 的耦合作用， 建立高速重载可倾瓦径向滑动轴承润滑模型 的具体 步骤包括： 根据可倾瓦径向滑动轴 承的几何模型， 在整体坐标系下分别建立各个瓦块的局部坐标 系， 建立各瓦块任意展开角度对应的润滑油膜厚度方程， 所述油膜厚度方程 为： 其中， Hi(φi)表示第i块瓦块在展开角为φi时对应的油膜厚度， ε＝e/c是轴颈中心偏 心率， e为偏心距， c为初始间隙， θ为轴承偏位角， M为轴承预负荷系数， ψ表示间隙比， δi为第 i块瓦块的摆角， βi为第i块瓦块的支点位置角， φi为第i块瓦块的任意展开角， i为瓦块编 号， Δ为瓦块的弹性变形； 建立轴承热流体润滑特性计算分析模型； 实现压力场与温度场的耦合计算， 获取滑动轴承动压油膜的压力分布P； 计入瓦块弹性变形的热流固多场耦合计算； 分别修正瓦块初始预设值并重新计算， 直至满足所有收敛判定条件， 保证各瓦块力矩 平衡、 油膜合力方向、 大小与外荷载相同。 3.根据权利要求2所述的一种高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能设计方法， 其特 征在于， 所述建立轴承热流体润滑特性计算分析模型的步骤 包括： 计算紊流系数， 其中， Kφ、 Kλ与 τc为紊流系数； 有效雷诺系数 其中， Ree为有效雷诺数， 可以由临界雷诺数Rec来确定三种不同的流态： 层流、 混合流、 紊流； H为无量纲油膜厚度； Rem＝ρ ωRc/ μ为平均雷诺数, ρ 与 μ分别为润滑油密度和黏度， ω 为轴承转速， R为轴承孔半径， c为初始间隙。 构建计入紊流系数的雷诺方程、 能量方程、 黏温黏压方程， 建立轴承热流体润滑特性计 算分析模型， 雷诺方程可以表示 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114462157 A 2其中， P为无量纲油膜压力； H为无量纲油膜厚度， D为轴承直径， L为轴承宽度， L/D为轴 承宽径比； 为无量纲动力粘度； φ和 λ 分别为轴承周向和轴向坐标； 能量方程可以表示 为： 其中， 表示油膜无量纲温度， T为有量纲温度， ρ 为润 滑油密度， Cv为润滑 油比热容， μ0为40℃时标准大气压下润滑油的动力粘度； 黏温黏压方程可以表示 为： 其中， μ表示当前温度和压力 下对应的润滑油动力粘度， μ0为40℃时标准大气压下润滑 油的动力粘度， T0为润滑油初始温度， Aα和Aβ分别为两个黏温黏压系数。 4.根据权利要求3所述的一种高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能设计方法， 其特 征在于， 所述 实现压力场与温度场的耦合计算， 获取滑动轴承动压油膜的压力分布P的具体 步骤包括： 利用MATLAB计算机语言编写算法程序； 确定可倾瓦径向滑动轴 承动压油膜的压力边界条件、 能量边界条件以及相应的收敛判 定条件； 联立雷诺方程、 能量方程以及黏温黏压方程， 引入计算得到的实际雷诺数后， 采用有限 差分法对上述控制方程进行离 散化处理； 采用易于收敛的逐点超松驰迭代法求解， 直到满足收敛准则， 获得油膜各节点处压力 分布情况。 5.根据权利要求4所述的一种高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能设计方法， 其特 征在于， 所述计入瓦块弹性变形的热流固多场耦合计算的具体步骤 包括： 使用ANSYS软件构造三维可倾瓦轴承瓦块模型并进行网格划分， 将油膜压力P作 为荷载 施加在固体域各个对应节点上； 利用MATLAB计算机语言编写算法程序读取瓦块表面的油膜力， 根据油膜力计算瓦块的 位移增量； 在上一次循环计算结束后的网格节点位置坐标基础上添加该位移增量， 当循环计算得 到的位移增量满足 弹性变形收敛判定条件时， 完成该节点 位置坐标的更新； 存储更新后的网格节点 位置坐标信息 。 6.根据权利要求5所述的一种高速重载可倾瓦径向滑动轴承静态性能设计方法， 其特 征在于， 所述分别修正瓦块初始预设值并重新计算， 直至满足所有收敛判定条件中的收敛权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114462157 A 3