基于MATLAB的圆柱轴承动力系数计算软件的设计

2020-09-06周秀文孙长年

汽车实用技术 2020年16期

周秀文孙长年

摘要：通过对圆柱轴承动压油膜流场雷诺方程的推导，在MATLAB软件中对雷诺方程采用差分法求解偏微分方程，获取动压油膜的相关动力学系数。

关键词：圆柱轴承;动压油膜;动力学系数;雷诺方程;差分法;MATLAB

中图分类号：O347.6 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）16-91-05

Abstract： The Reynolds equation of dynamic oil film flow field of the journal bearing was derived， and the relevant dynamic coefficients of the oil film were obtained using finite difference method based on MATLAB.

Keywords： Journal bearing; Dynamic oil film; Dynamic Coefficient; Reynolds equation; Difference method; MATLAB

CLC NO.： O347.6 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）16-91-05

引言

圆柱径向动压轴承广泛应用于汽轮机、轨道车辆等高速重载的轴系中。由于转子系统的刚度受轴承油膜刚度的影响十分显著，且转子系统的阻尼很大程度上取决于轴承油膜阻尼，滑动轴承的动力特性是高速轴系转子动力学计算的基础。

本文在给定工况、轴承结构参数、润滑油特性等条件下，根据轴承内油膜各点的雷诺数的大小，自动选择层流和紊流状态，通过联立雷诺方程、能量方程求解扰动雷诺方程，并考虑润滑流场的粘温效应，先确定静平衡位置和静平衡时的油膜压力场、温度场，并由此求得油膜力、油膜动力系数（刚度系数、阻尼系数）、摩擦力及进、出油流量和端泄流量。计算程序基于MATLAB 2010b和VC++ 6.0混合编程。

1 理论模型的建立

同理，可由Simpson数值积分求得油膜反力在x，y方向上的分力Fx，Fy，无量纲偏位角的收敛判据为，在每个迭代循环做如下修正来修正偏位角θ的值，，其中θ的初值按经验公式求得。

同样地，摩擦力，进油流量，出油流量，端泄流量均可由复化Simpson积分求得。

4 計算程序的实现

为使本文的成果更便捷更好的服务于工程实际，计算软件基于MATLAB和VC++6.0混合编程[3]，主程序由MATLAB编写并通过mbuilder mcc打包成VC++可调用的动态链接库文件（.dll），利用VC++编写界面程序。

5 算例

某径向动压轴承在转速3000RPM、轴系载重107910N、N46#透平润滑下的计算结果（油膜压力、温度、黏度、密度、厚度分布以及动力学系数）如下：

温度、密度、厚度分布以及动力学系数：

6 结语

在MATLAB中采用差分法计算了径向动压轴承的油膜流场偏微分方程。获得了高速轴系转子动力学计算必需的动压轴承的动力学参数。此程序可快速服务于转子动力学仿真指导高速轴系设计。

参考文献

[1] 钟一谔.转子动力学[M].北京：清华大学出版社，1987.