矩形静压油腔的润滑性能分析

张盛晗 孙浩洋 张洪信

摘要：为解决矩形静压油腔的润滑特性问题，本文建立了矩形静压油腔数学模型，并采用高斯-赛德尔迭代法，应用FORTRAN语言编程求得油腔的压力分布。同时，研究了油腔中心位置偏移对承载能力的影响。研究结果表明，静压油腔的承载区域随着油腔中心位置的偏移而偏移，外油腔壁边附近的压力梯度比远离外油腔壁边的压力梯度大，且静压油腔的总承载能力也将降低，因此应提高静压油腔的制造精度，减小油腔中心位置的偏移量，以改善其压力分布，并提高承载能力。该研究为解决矩形静压油腔的润滑特性提供了理论依据。

关键词：静压油腔; 润滑; 偏移量; 压力分布; 压力梯度; 总承载力

静压润滑需要连接外接设备往承载区域注入带压力的润滑剂以支撑外载荷[1]，其精度、刚度和可靠性较高，且寿命较长[2]，同时在切削时产生的振动较小[3]，因此静压轴承被广泛应用于精密机床及重型机械中[4]。在深浅腔静压轴承的研究中，刘豪杰等人[5]计算了其静特性参数以及在不同转速和偏心率影响下的油膜三维压力场分布;孔祥滨[6]针对液体静压轴承，研究了其随着膜厚改变时的润滑特性;申峰等人[7]采用二维粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）技术，观测了油腔内部的流场结构，此流场结构是描述油腔入口处成轴对称分布的径向发散层流的流动;在液体静压导轨方面，胡均平等人[8]研究了油腔形状以及结构参数在外载荷偏移的情况下对其性能的影响;于晓东等人[9]针对速度对扇形腔多油垫静压推力轴承润滑性能的影响，分析并得到了其影响规律，避免了静压支撑摩擦失效的产生;陈从连等人[10]研究了圓形静压油腔内部流场结构在不同入口雷诺数影响下的特性;岳广杰[11]采用实验、数值及理论方法，对多种因素影响下液体静压转台油腔内流体流动特性进行研究;丁少鹏等人[12]建立了高速气流工况下的静压润滑压力损失模型，并实验研究了其间隙压力分布特性。由于油腔有多种形状，每种形状都有其润滑特性，郭力[13]针对高速液体动静压轴承，研究了4种不同形状油腔对其润滑油流量已经承载能力的影响，说明角向小孔轴承具有最优良的性能;邵俊鹏[14]研究了压力场、温度场、流场对静压轴承性能的影响;陈淑江等人[15]对一种新型螺旋油楔静压油腔的性能随着螺旋角、深度以及包角等参数的变化进行研究;在静压油腔温升特性方面，郭玉鹏等人[16]分析了扇形、椭圆、矩形、工字形等4种形状的静压油腔。矩形静压油腔油膜最大压力较小，承载能力较大[17]，而承载能力是静压油腔性能的重要指标[18]，加工误差等因素可导致油腔位置出现偏移。因此，本文研究了矩形静压油腔中心位置偏移对压力分布规律和承载能力的影响。该研究为解决矩形静压油腔的润滑特性提供了理论依据。

1 数学模型

4 结束语

本文研究了矩形静压油腔的压力分布和承载特性，指出静压油腔的承载区域会随着油腔中心位置的偏移而偏移，靠近外油腔壁边附近的压力梯度比远离外油腔壁边的压力梯度大，且静压油腔的总承载能力也将降低。因此应提高静压油腔的制造精度，减小油腔中心位置的偏移量，以改善其压力分布并提高承载能力。影响静压轴承承载性能的因素有很多，比如间隙油膜厚度[20]、温度等，在实际生产工作中，应综合考虑多种实际因素，以进一步提高其性能。

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