凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的动压润滑计算

doi:10.3901/JME.2015.24.153

机械工程学报 ›› 2015, Vol. 51 ›› Issue (24): 153-160.doi: 10.3901/JME.2015.24.153

扫码分享

凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的动压润滑计算

梁瑛娜^1,2, 高殿荣¹, 毋少峰¹

1. 燕山大学机械工程学院秦皇岛 066004；
2. 燕山大学里仁学院秦皇岛 066004

收稿日期:2014-12-18 修回日期:2015-09-15 出版日期:2015-12-15 发布日期:2015-12-15
通讯作者: 高殿荣，男，1962年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为新型液压系统的CFD、PIV。 E-mail：gaodr@ysu.edu.cn
作者简介:梁瑛娜，女，1982年出生，博士研究生，讲师。主要研究方向为海淡水液压系统及新型液压元件。
基金资助:
国家自然科学基金(51375421)、河北省高等学校自然科学研究重点(ZD20131027)和燕山大学青年教师自主研究计划课题(14LGB032)资助项目。

Hydrodynamic Lubrication Calculation for Slipper/swash Plate Pair with Bionic Non-smooth Concave Surface

LIANG Yingna^1,2, GAO Dianrong¹, WU Shaofeng¹

1. College of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
2. Liren College, Yanshan University, Qinhuangdao 066004

Received:2014-12-18 Revised:2015-09-15 Online:2015-12-15 Published:2015-12-15

摘要/Abstract

摘要： 通过建立凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的全水动压润滑模型，采用CFD方法及正交试验法研究工况参数(膜厚、转速)及几何参数(坑形、面积率、深径比)对流体动压润滑性能和水膜承载力的影响规律。研究结果表明：凹坑表面产生的承载效应是其静压和动压分布的综合，其中具有凹坑形仿生非光滑表面的斜盘与滑靴相对运动而引起的动压效应起主要作用；工况参数和几何参数对水膜承载力的影响顺序为转速>膜厚>坑形>深径比>面积率；膜厚30 μm、转速3 000 r/min、面积率20%、深径比0.5的三角柱坑为最优水平组合。该研究结果可为高压海水轴向柱塞泵仿生非光滑表面斜盘的设计提供参考。

关键词: 承载力, 仿生凹坑, 滑靴副, 水润滑, 压力分布

Abstract: A hydrodynamic lubrication model of slipper/swash-plate pair with bionic non-smooth concave surface is established. The CFD method and the orthogonal experiment method are employed to investigate the effect of operating parameters (film thickness、rotate speed) and geometric parameters (concave shape、area ratio、depth to diameter ratio) on the hydrodynamic lubrication performance and the load carrying capacity of seawater film. The research results show that the load carrying effect from concave surface is a combination of static pressure distribution and dynamic pressure distribution, and the dynamic pressure effect caused by the relative motion of slipper-pad and swash-plate with bionic non-smooth concave surface plays a main role; the sequence of operating parameters and geometric parameters for load carrying capacity is rotate speed> film thickness> concave shape> depth to diameter ratio> area ratio; the triangular prismatic concave with film thickness of 30 micrometers、speed of 3 000 r/min、area ratio of 20% and depth to diameter ratio of 0.5 is the optimal level combination. The research results provide reference for the design of swash-plate with bionic non-smooth surface of high pressure seawater axial piston pump.

Key words: bionic concave, load carrying capacity, pressure distribution, slipper/swash-plate pair, water lubrication

梁瑛娜, 高殿荣, 毋少峰. 凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的动压润滑计算[J]. 机械工程学报, 2015, 51(24): 153-160.

LIANG Yingna, GAO Dianrong, WU Shaofeng. Hydrodynamic Lubrication Calculation for Slipper/swash Plate Pair with Bionic Non-smooth Concave Surface[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(24): 153-160.

参考文献

[1] 翟江, 金聪，罗凯，等. 海水淡化轴向柱塞泵样机的性能试验及应用[J]. 机床与液压，2011，39(17)：1-3，36.ZHAI Jiang，JIN Cong，LUO Kai，et al. Performance test and application of an axial piston pump for seawater desalination[J]. Machine Tool and Hydraulics，2011，39(17)：1-3，36.
[2] POLS O，RANTANEN O，KUIKKO T. Seawater hydraulic axial piston machine[C]// Proc. of 6th Scandinavian Int. Conf. on Fluid Power，Finland， May 26-28，1999：219-229.
[3] 杨曙东. 基于海水润滑的中高压海水液压泵研究[D]. 武汉：华中科技大学，2005.YANG Shudong. Research on high pressure seawater hydraulic pump based on seawater lubrication[D]. Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2005.
[4] 刘谦，阮群，陈磊，等. 斜轴式海水柱塞泵的研制[J]. 机床与液压，2011，39(5)：62-65.LIU Qian，RUAN Qun，CHEN Lei，et al. Development of bevel axial seawater hydraulic piston pump[J]. Machine Tool and Hydraulics，2011，39(5)：62-65.
[5] 肖林京，杨金祥，梁冉. 海水润滑柱塞泵关键技术的解决[J]. 润滑与密封，2009，34(2)：85-88.XIAO Linjing，YANG Jinxiang，LIANG Ran. Key technologies solutions of seawater hydraulic pump with seawater lubrication[J]. Lubrication Engineering，2009，34(2)：85-88.
[6] 刘桓龙. 水压柱塞泵的润滑基础研究[D]. 成都：西南交通大学，2007. LIU Huanlong. Basic lubrication research on water hydraulic piston pump[D]. Chengdu：Southwest Jiaotong University，2007.
[7] 孙久荣，戴振东. 非光滑表面仿生学(Ⅰ)[J]. 自然科学进展，2008，18(3)：241-246.SUN Jiurong，DAI Zhendong. Non-smooth surface bionics(Ⅰ)[J]. Progress in Natural Science，2008，18(3)：241-246.
[8] 孙久荣，戴振东. 非光滑表面仿生学(Ⅱ)[J]. 自然科学进展，2008，18(7)：727-733.SUN Jiurong，DAI Zhendong. Non-smooth surface bionics(Ⅱ)[J]. Progress in Natural Science，2008，18(7)：727-733.
[9] ETSION I，BURSTEIN L. A model for mechanical seals with regular microsurface structure[J]. Tribology Transactions，1996，39(3)：677-683.
[10] WANG X L，KATO K，ADACHI K，et al. Loads carrying capacity map for the surface texture design of SiC thrust bearing sliding in water[J]. Tribology International，2003，36(3)：189-197.
[11] PETRA B M，GOSMAN A D，LOANNIDCS E，et al. CFD analysis of a low friction pocketed pad bearing[J]. Journal of Tribology，2005，127：803-812.
[12] 任露泉，王再宙，韩志武. 仿生非光滑表面滑动摩擦磨损试验研究[J]. 农业机械学报，2003，34(2)：86-92.REN Luquan，WANG Zaizhou，HAN Zhiwu. Experimental research on sliding wear of bionic nonsmoothed surface[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery，2003，34(2)：86-92.
[13] 韩志武，许小侠，任露泉. 凹坑形非光滑表面微观摩擦磨损试验回归分析[J]. 摩擦学学报，2005，25(6)：578-582.HAN Zhiwu，XU Xiaoxia，REN Luquan. Regression analysis of micro-friction and wear on concave non-smooth surface[J]. Tribology，2005，25(6)：578-582.
[14] 邓宝清，任露泉，苏岩，等. 模拟活塞缸套摩擦副的仿生非光滑表面的摩擦学研究[J]. 吉林大学学报，2004，34(1)：79-84.DENG Baoqing，REN Luquan，SU Yan，et al. Tribological study on bionically unsmoothed surface modeling piston-cylinder friction pair[J]. Journal of Jilin University，2004，34(1)：79-84.
[15] 杨洪秀，左文杰，李亦文，等. 活塞表面仿生非光滑微坑贮油润滑机理的任意拉格朗日-欧拉法有限元模拟[J]. 吉林大学学报，2008，38(3)：591-594. YANG Hongxiu，ZUO Wenjie，LI Yiwen，et al. ALE finite element simulation of oil storage lubrication mechanism on bionic nonsmooth micro-pits in piston surface[J]. Journal of Jilin University，2008，38(3)：591-594.
[16] 韩志武，任露泉，杨卓娟，等. 仿生非光滑耐磨齿轮：中国，200510119126.1[P]. 2006-06-28. HAN Zhiwu，REN Luquan，YANG Zhuojuan，et al. Bionic non-smooth wear gear：China，200510119126.1[P]. 2006-06-28.
[17] 杨卓娟. 凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性研究[D]. 长春：吉林大学，2006. YANG Zhuojuan. Research of wear-resistance on roller with biomimetical non-smooth concave surface[D]. Changchun：Jilin University，2006.
[18] 陈莉，周宏，赵宇，等. 不同形态和间隔非光滑表面模具钢的磨损性能[J]. 机械工程学报，2008，44(3)：173-176. CHEN Li，ZHOU Hong，ZHAO Yu，et al. Wear behavior of die steel with non-smooth surface in different shape and distance[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering，2008，44(3)：173-176.
[19] 温诗铸. 摩擦学原理[M]. 北京：清华大学出版社，1990.WEN Shizhu. Principles of tribology[M]. Beijing：Tsinghua University Press，1990.
[20] 高磊，刘俊，安琦. 推力滑动轴承结构参数的数值研究[J]. 华东理工大学学报，2007，33(6)：874-877.GAO Lei，LIU Jun，AN Qi. Numerical investigation on the structure parameters of thrust sliding bearing[J]. Journal of East China University of Science and Technology，2007，33(6)：874-877.
[21] LACHNER H. Hydrostatic lagerungen in axialkolben- machine[J]. Hydraulic and Pneumatic，1974，18(8)：605-611.

凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的动压润滑计算

Hydrodynamic Lubrication Calculation for Slipper/swash Plate Pair with Bionic Non-smooth Concave Surface

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	刘思远, 艾超, 郁春嵩, 张伟哲, 陈文婷, 康伟. 基于深度信念网络多参数智能融合的滑靴副性能退化状态评估方法[J]. 机械工程学报, 2024, 60(4): 178-188.
[2]	解忠良, 焦见, 杨康. 水润滑夹心轴承流-固耦合动力学特性研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(3): 86-97.
[3]	张庆贺, 卢纯, 吴元科, 赵婧, 莫继良. 基于接触压力分布和非均匀热流密度的列车制动盘热机耦合分析[J]. 机械工程学报, 2023, 59(3): 165-175.
[4]	解忠良, 焦见, 杨康. 舰船用水润滑轴承微观界面润滑机理研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(21): 186-200.
[5]	邱烁现, 徐方程. 平箔片凹陷对止推箔片轴承性能影响试验研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(15): 226-232,242.
[6]	徐方程, 侯留凯, 吴斌, 何波. 楔形入口高度对气体止推箔片轴承性能仿真和试验研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(9): 51-60.
[7]	王闯, 张益钦, 袁恒川, 邢子文. 水润滑双螺杆空压机工作过程传热传质特性研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(8): 247-254.
[8]	郑子军, 尹林志, 文东辉, 应富强. 液动压悬浮抛光工具盘承载力的研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(3): 247-254.
[9]	郑清春, 毛璐璐, 史于涛, 张春秋, 胡亚辉. 仿生织构表面对人工髋关节副动压润滑性能及减摩性分析[J]. 机械工程学报, 2021, 57(11): 102-111.
[10]	徐方程, 侯留凯, 吴斌. 基于箔片非线性刚度模型的止推箔片轴承特性研究[J]. 机械工程学报, 2020, 56(15): 198-206.
[11]	王占朝, 郭飞, 刘莹, 龚常亮, 刘向锋, 王玉明. 平衡梁结构对水润滑可倾瓦推力轴承启停过程的影响[J]. 机械工程学报, 2020, 56(1): 82-90.
[12]	梁兴鑫, 严新平, 欧阳武, 刘正林. 弹支可倾瓦推力轴承弹性垫最佳偏心率的影响因素[J]. 机械工程学报, 2020, 56(1): 91-99.
[13]	嵇明. 帽形截面耐撞薄壁结构的棱边强化与优化设计[J]. 机械工程学报, 2019, 55(20): 178-187.
[14]	王优强, 董宁, 刘前, 黄兴保. 考虑固体颗粒和粗糙度的水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析^*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(3): 121-129.
[15]	张海波, 邱玉江, 蒋书运. 永磁轴承承载能力分子电流模型的积分定义求解方法[J]. 机械工程学报, 2016, 52(7): 54-59.