增城   正果、石滩、新塘、中新、派潭、小楼   升高车出租         升高车静压轴承的流场仿真分析        1静压支撑油膜的有限元模型,  在完成了小孔节流静压轴承的设计，并运用解析法得到了各油腔压力的计算公式。为了更形象的展示静压轴承工作时其内部油膜的压力分布，并对压力解析模型进行验证，本节将运用仿真软件Fluent对其内部流场进行仿真。其中，静压轴承流场的三维实体模型是在ANSYS内部集成的建模软件DesignModeler下生成的。静压轴承的内部流场为一个轴对称模型，为了减小网格个数和计算工作量，在后续仿真中都只取模型的一半进行计算分析。将生成的三维实体建模调入ANSYS的Mesh中进行网格划分，由于静压轴承的油膜厚度与其长度尺寸相差较大，若采用简单的自动网格生成方法无法得到满意的网格质量。因此，本文先对生成的实体模型进行切片操作，将半静压支撑流场模型分解为14个规则的部分，针对每个部分采用合适的网格划分方法。其中，对于封油面间的间隙油膜和轴向回油槽采用扫掠的方式生成比较规则的结构网格，而对于油腔及与之相连的油道和小孔则采用自动网格划分方式，最终得到的网格模型。模型共生成网格单元2265761个，经检测生成的网格质量为0.88，满足流场仿真要求。图4-19静压轴承内部流场的网格图将网格文件导入到FLUENT后，需要依次完成材料定义、边界条件设置和求解器选择等，才能开始初始化计算。首先要检查网格，保证最小的网格单元大于零，否则无法计算；在模型定义中，打开能量方程，选择液体流动方式为层流；在材料设置窗口中，输入润滑油的属性参数：Density(密度)为840kg/m3，Cp(等压比热)为1942j/(kg∙k)，ThermalConductivity(导热系数)为0.127w/(m∙k)，Viscosity(动力粘度)为0.0057kg/(m∙s)；在边界条件设置中，定义压力入口边界条件为25bar，定义压力出口边界条件为0bar，定义相应的表面为壁面和对称面；在收敛误差设置中，将连续性误差及x、y、z三个方向的速度误差设置为0.0001，能量误差保持为默认值1e-06，其余设置均采用默认设置。在完成初始化后，即可对模型进行求解计算，设置迭代步数为500步，如果仿真结果符合要求，可利用相应的后处理模块进行后处理操作。

         2不同偏心下静压轴承的流场仿真分析    本节建立了偏心率分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5时静压轴承内部流场的三维实体模型，在根据上节中的方法和步骤完成了网格划分和仿真环境设置后，进行了流场仿真计算分析。最终得到不同偏心率下静压轴承的压力云图如图4-20所示。从图中可以看出，当活塞杆无偏心时，静压轴承四个油腔的压力相等，此时活塞杆位于静压轴承中心，并不受到侧向力的作用。而当活塞杆向下偏移时，随着偏心率的增加，静压轴承下油腔的压力升高，上油腔的压力降低，两油腔间便形成了压力差，偏心率越大，压力差也越大。上下油腔的压力差对活塞杆产生了一个向上的浮动力，迫使其回到中心位置。静压轴承对于油腔压力的调节是通过阻尼孔来实现的，当活塞杆向下偏心时，下油垫的封油面间隙减小，液阻增大，使得从油腔流向回油槽的流量减小，即通过阻尼小孔的流量减小，导致阻尼孔两端的压降降低，使得下油腔的压力升高；反之，上油垫封油面的间隙增大，上阻尼孔两端的压降升高，使得上油腔的压力降低。为了更清晰地展示不同偏心下各油腔的压力数值变化，将静压轴承油腔中心截面上的径向位置压力曲线绘制。图中的圧力曲线根据径向位置共分为9段，其中[-35,-30.43]、[-17.51,17.51]和[30.43,35]分别为下油腔、侧油腔和上油腔的压力段；[-30.43,-26]、[-23.46,-17.51]、[17.51,23.46]和[26,30.43]四段为各油腔与相邻回油槽间的封油面位置；[-26,-23.46]和[23.46,26]为轴向回油槽位置。从图中可以看出，随着偏心率的增加，下油腔的压力升高，上油腔的压力降低，并且在偏心率变化的前期，上下油腔的变化幅度要更大于后期。侧油腔的平均间隙由于偏心作用也有所增大，所以其油腔压力也略微降低。总体来说仿真结果与理论分析基本保持一致。

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        运用解析法和本节有限元仿真法得到的不同偏心下静压轴承上下油腔的压力稳态值，两种计算方法得到的压力对比曲线可以看出，两种方法下油腔压力的总体变化趋势基本一致，但是具体到某一特定的偏心率时，上下油腔压力的解析解和有限元解间存在一定的误差，压力的有限元解要普遍大于解析值。这是由于两种方法的计算精度不同导致的，在解析法的求解过程中做了较多的近似假设，并忽略了温升变化对于油液粘度的影响；而有限元法对模型进行了详细的网格划分，在仿真设置中也是尽量模拟实际情况，因此其计算精度要相对高一些。

       3不同供油压力下静压轴承的流场仿真分析      保持偏心率ε=0.2不变，通过设置压力入口条件分别为10bar、25bar、40bar61和55bar，得到不同供油压力下静压轴承的流场仿真结果。 不同供油压力下油腔压力的变化曲线可以看出，随着静压油路系统压力的增加，各油腔的稳定压力均有所增加，结合解析算法可知，油腔压力与供油压力呈正比，表明仿真结果与理论分析保持一致。此外，当系统压力为10bar、25bar、40bar和55bar时，上下油腔的压力差分别为2.28bar、7.30bar、12.69bar和18.07bar，说明静压轴承的承载能力随着供油压力的升高而增大。

      分别采用解析法和有限元法得到的静压轴承上下油腔的压力对比结果，分析结果可知，由于两种计算方法的近似假设和计算精度有所差别，导致二者的计算结果之间也存在一定的误差。但总体来看，两种方法的油腔圧力曲线总体变化趋势基本相同，二者相互印证，也验证了本文理论分析和有限元仿真结果的有效性。

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