CN106021775B - 一种微小间隙内油膜网格划分方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小间隙内油膜网格划分方法及系统，具体的，对微小间隙内的油膜进行几何变换，将油膜厚度方向上的尺寸放大，使其与轴承直径尺度达到同一量级；然后对变换后的油膜进行网格划分；最后再对划分好的网格坐标进行逆变换。通过坐标变换的方法，将滑动轴承微小间隙内油膜尺度放大，使其在径向上的尺度和轴向、周向上的尺度相当，对放大后的油膜进行网格划分，再通过坐标逆变换的方法，将划分好的网格坐标转换回去，得到真实的油膜网格坐标。本发明解决了滑动轴承微小间隙内因不同方向上尺度相差巨大所带来的网格划分困难问题，可以应用于基于计算流体力学技术的滑动轴承性能分析。

Description

一种微小间隙内油膜网格划分方法及系统

技术领域

本发明涉及轴承检测技术领域，更具体的，本发明涉及一种微小间隙内油膜网格划分方法及系统。

背景技术

滑动轴承被广泛应用于汽轮机、发电机、压缩机和泵等各类旋转机械，起着支撑转子的重要作用，对转子动力特性和机组安全运行的影响很大，分析和掌握滑动轴承性能具有重要意义。随着计算技术的发展，计算流体力学技术在滑动轴承性能分析中的应用越来越普遍，目前开始在原始纳维艾—斯托克斯方程基础上开展滑动轴承性能分析，这种方法可以考虑任意复杂轴承结构型式，能更全面、准确地反映轴承内流体特性。

基于计算流体力学技术开展滑动轴承性能计算分析前，首先需要对滑动轴承间隙内的油膜进行空间离散，划分油膜计算网格，根据计算流体力学理论可知，网格划分质量对于轴承性能计算准确性至关重要。但是由于滑动轴承轴颈和轴瓦之间的油膜很薄，其厚度只有轴承直径和长度的1.5‰～3‰，轴承间隙内油膜径向尺寸相对于周向和轴向尺寸很小，不是同一尺度，网格划分时多条轮廓线混为一条曲线，采用传统网格划分软件时，如不对轴承间隙进行放大，油膜轮廓线很难精确选取，甚至不能选取；如果对轴承间隙充分放大，油膜轮廓线又有可能出现线型失真，甚至产生不正确的几何结构，因此，由于滑动轴承微小间隙的特点，使得油膜计算网格划分困难，而且所划分的网格质量较差，影响计算结果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微小间隙内油膜网格划分方法及系统，以解决现有技术中由于滑动轴承微小间隙的特点，使得油膜计算网格划分困难，而且所划分的网格质量较差，影响计算结果的问题。

为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明公开了一种微小间隙内油膜网格划分方法，包括：

对滑动轴承间隙进行放大，其轴径位置与尺寸不变，选取缩放因子λ，以所述滑动轴承的圆心为基点，将所述滑动轴承的半径放大；

选取所述滑动轴承上的油膜轮廓线；

根据所述滑动轴承的放大后的半径λR，确定放大后的所述油膜的厚度为h＝(1+εcosθ)(λR-r)/2，以使放大后的所述油膜的厚度与所述滑动轴承的直径尺度达到同一量级，其中，r为轴颈半径，R为轴承半径，θ为网格节点与x轴的夹角；

对变换后的所述油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

其中，所述对变换后的所述油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标具体为：

将变换后的所述油膜进行网格划分，得到网格节点；

对所述网格节点进行编号，得到所述网格节点的坐标；

根据网格坐标逆变换将所述网格节点的坐标进行坐标逆转换，得到所述微小间隙内油膜网格坐标。

本发明还公开了一种微小间隙内油膜网格划分系统，包括：

放大单元，用于对滑动轴承间隙进行放大，其轴径位置与尺寸不变，选取缩放因子λ，以所述滑动轴承的圆心为基点，将所述滑动轴承的半径放大；

选取单元，用于选取所述滑动轴承上的油膜轮廓线；

变换单元，用于根据所述滑动轴承的半径放大，确定放大后的所述油膜的厚度为h＝(1+εcosθ)(λR-r)/2，以使放大后的所述油膜的厚度与所述滑动轴承的直径尺度达到同一量级，其中，r为轴颈半径，R为轴承半径，θ为网格节点与x轴的夹角；

逆变换单元，用于对变换后的所述油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆变换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

其中，所述逆变换单元包括：

网格划分单元，用于将变换后的所述油膜进行网格划分，得到网格节点；

编号单元，用于对所述网格节点进行编号，得到所述网格节点的坐标；

坐标逆变换单元，用于根据网格坐标逆变换将所述网格节点的坐标进行坐标逆转换，得到所述微小间隙内油膜网格坐标。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种微小间隙内油膜网格划分方法及系统，具体的，对微小间隙内的油膜进行几何变换，将油膜厚度方向上的尺寸放大，使其与轴承直径尺度达到同一量级；然后对变换后的油膜进行网格划分；最后再对划分好的网格坐标进行逆变换。通过坐标变换的方法，将滑动轴承微小间隙内油膜尺度放大，使其在径向上的尺度和轴向、周向上的尺度相当，对放大后的油膜进行网格划分，再通过坐标逆变换的方法，将划分好的网格坐标转换回去，得到真实的油膜网格坐标。本发明解决了滑动轴承微小间隙内因不同方向上尺度相差巨大所带来的网格划分困难问题，可以应用于基于计算流体力学技术的滑动轴承性能分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为滑动轴承油膜的几何示意图；

图2为本发明公开的一种微小间隙内油膜网格划分方法的流程示意图；

图3为应用本发明提供的方法后的轴承油膜几何示意图；

图4为应用本发明提供的方法后的离散的油膜划分网格示意图；

图5为图2中步骤S203的具体方法的流程图；

图6为本发明公开的一种微小间隙内油膜网格划分系统的结构示意图；

图7为图6中逆变换单元的具体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

将滑动轴承油膜看作为由油膜主体a、油槽b、进油口c和轴瓦内表面d组成，轴颈外表面和轴瓦内表面之间的间隙构成了油膜。附图1给出了滑动轴承油膜几何形状示意图。因为油膜厚度非常微小，在图中无法将油膜和轴瓦分辨开来。将局部视图放大百余倍后，才可以看出油膜形状。

请参阅附图2，图2为本发明公开的一种微小间隙内油膜网格划分方法的流程示意图。本发明公开了一种微小间隙内油膜网格划分方法，具体包括如下步骤：

S201、对滑动轴承微小间隙内的油膜进行几何变换，并选取油膜轮廓线。

具体的，几何变换时，轴颈位置和尺寸不变。选取缩放因子λ，以轴承圆心为基点，将轴承半径R放大λ倍，由R变为λR，经放大变换处理后的滑动轴承几何形状示意图如图3所示，图3为应用本发明提供的方法后的轴承油膜几何示意图。轴承半径放大后，进油口和油槽位置将发生偏移，关键点a、b和c点的纵坐标保持不变，横坐标变化如表1所示。

表1a、b和c点的坐标变换

S202、将油膜的厚度方向上的尺寸放大，使其与滑动轴承的直径尺度达到同一量级。

根据上述变换以后，其油膜的厚度发生了变化：

变换前的油膜厚度为：h＝(1+εcosθ)(R-r)/2

变换后的油膜厚度为：h＝(1+εcosθ)(λR-r)/2

上述式子中，r为轴颈半径，R为轴承半径，λ为缩放大因子，选定足够大的放大因子λ，就能够使油膜厚度h与轴承半径R达到同一量级。

S203、对变换后的油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

通过上述变换后，油膜厚度h与轴承半径R达到同一量级，可以采用常规网格划分方法对变换放大后的油膜进行网格划分，划分后的网格如图4所示。将油膜网格标记为三个区：油膜主体A区、油槽B区和和进油口C区。

如图5所示，图5为图2中步骤S203的具体流程图。对变换后的油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标具体为：

S501、将变换后的油膜进行网格划分，得到网格节点；

S502、对网格节点进行编号，得到网格节点的坐标；

S503、根据网格坐标逆变换将网格节点的坐标进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

具体的，通过常规网格划分方法对变换放大后的油膜进行网格划分，划分后的网格如图4所示。将油膜网格标记为三个区：油膜主体A区、油槽B区和和进油口C区，并对网格节点进行编号。以N_i,j表示任一网格节点，下标i表示径向层数，轴颈最内侧为1，径向逐层递增；下标j表示周向节点号，逆时针递增。

上述对所划分好的网格坐标进行逆变换运算，得到得到微小间隙内油膜网格坐标，具体的网格坐标逆变换计算方法如下：

计算节点N_i,j与x轴的夹角：θ＝tan^-1(y_i,j-y_1,j,x_i,j-x_1,j)，-π＜θ＜π

对于A区节点：

对于B区和C区节点：

上述式子中x′_i,j,y′_i,j为实际油膜网格坐标。

本发明公开了一种微小间隙内油膜网格划分方法具体的，对微小间隙内的油膜进行几何变换，将油膜厚度方向上的尺寸放大，使其与轴承直径尺度达到同一量级；然后对变换后的油膜进行网格划分；最后再对划分好的网格坐标进行逆变换。通过坐标变换的方法，将滑动轴承微小间隙内油膜尺度放大，使其在径向上的尺度和轴向、周向上的尺度相当，对放大后的油膜进行网格划分，再通过坐标逆变换的方法，将划分好的网格坐标转换回去，得到真实的油膜网格坐标。本发明解决了滑动轴承微小间隙内因不同方向上尺度相差巨大所带来的网格划分困难问题，可以应用于基于计算流体力学技术的滑动轴承性能分析。

请参阅附图6，图6为本发明公开的一种微小间隙内油膜网格划分系统的结构示意图。在上述公开的方法的基础上，本发明还公开了一种微小间隙内油膜网格划分系统，该系统具体包括：

变换及选取单元U61，用于对滑动轴承微小间隙内的油膜进行几何变换，并选取油膜轮廓线；尺寸放大单元U62，用于将油膜的厚度方向上的尺寸放大，使其与滑动轴承的直径尺度达到同一量级；逆变换单元U63，用于对变换后的油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆变换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

该系统对应执行图2中的方法流程，具体其中的描述，请参阅附图2对应的相关内容。

具体的，所述变换及选取单元包括：

放大单元，用于对所述滑动轴承间隙进行放大，其轴径位置与尺寸不变，选取缩放因子λ以所述滑动轴承的圆心为基点，将所述滑动轴承的半径放大；

选取单元，用于选取所述滑动轴承上的所述油膜轮廓线。

具体的，所述放大单元包括：

半径放大单元，用于根据所述缩放因子λ将所述滑动轴承的半径放大，放大后的所述油膜的厚度为h＝(1+εcosθ)(λR-r)/2；

变换单元，用于根据选取的所述缩放因子λ将所述油膜的厚度与所述滑动轴承的直径尺度变换达到同一量级。

具体的，请参阅附图7，图7为图6中逆变换单元的具体结构示意图。如图所示，逆变换单元U63具体包括：

网格划分单元U71，用于将变换后的油膜进行网格划分，得到网格节点；编号单元U72，用于对网格节点进行编号，得到网格节点的坐标；坐标逆变换单元U73，用于根据网格坐标逆变换将网格节点的坐标进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

该系统对应执行图5中的方法流程，具体其中的描述，请参阅附图5对应的相关内容。

本发明公开了一种微小间隙内油膜网格划分系统，具体的，对微小间隙内的油膜进行几何变换，将油膜厚度方向上的尺寸放大，使其与轴承直径尺度达到同一量级；然后对变换后的油膜进行网格划分；最后再对划分好的网格坐标进行逆变换。通过坐标变换的方法，将滑动轴承微小间隙内油膜尺度放大，使其在径向上的尺度和轴向、周向上的尺度相当，对放大后的油膜进行网格划分，再通过坐标逆变换的方法，将划分好的网格坐标转换回去，得到真实的油膜网格坐标。本发明解决了滑动轴承微小间隙内因不同方向上尺度相差巨大所带来的网格划分困难问题，可以应用于基于计算流体力学技术的滑动轴承性能分析。

综上所述，本发明公开了一种微小间隙内油膜网格划分方法及系统，具体的，对微小间隙内的油膜进行几何变换，将油膜厚度方向上的尺寸放大，使其与轴承直径尺度达到同一量级；然后对变换后的油膜进行网格划分；最后再对划分好的网格坐标进行逆变换。通过坐标变换的方法，将滑动轴承微小间隙内油膜尺度放大，使其在径向上的尺度和轴向、周向上的尺度相当，对放大后的油膜进行网格划分，再通过坐标逆变换的方法，将划分好的网格坐标转换回去，得到真实的油膜网格坐标。本发明解决了滑动轴承微小间隙内因不同方向上尺度相差巨大所带来的网格划分困难问题，可以应用于基于计算流体力学技术的滑动轴承性能分析。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种微小间隙内油膜网格划分方法，其特征在于，包括：

对滑动轴承间隙进行放大，其轴径位置与尺寸不变，选取缩放因子λ，以所述滑动轴承的圆心为基点，将所述滑动轴承的半径放大；

选取所述滑动轴承上的油膜轮廓线；

根据所述滑动轴承的放大后的半径λR，确定放大后的所述油膜的厚度为h＝(1+εcosθ)(λR-r)/2，以使放大后的所述油膜的厚度与所述滑动轴承的直径尺度达到同一量级，其中，r为轴颈半径，R为轴承半径，θ为网格节点与x轴的夹角；

对变换后的所述油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对变换后的所述油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆转换，得到微小间隙内油膜网格坐标具体为：

将变换后的所述油膜进行网格划分，得到网格节点；

对所述网格节点进行编号，得到所述网格节点的坐标；

根据网格坐标逆变换将所述网格节点的坐标进行坐标逆转换，得到所述微小间隙内油膜网格坐标。

3.一种微小间隙内油膜网格划分系统，其特征在于，包括：

放大单元，用于对滑动轴承间隙进行放大，其轴径位置与尺寸不变，选取缩放因子λ，以所述滑动轴承的圆心为基点，将所述滑动轴承的半径放大；

选取单元，用于选取所述滑动轴承上的油膜轮廓线；

变换单元，用于根据所述滑动轴承的放大后的半径λR，确定放大后的所述油膜的厚度为h＝(1+εcosθ)(λR-r)/2，以使放大后的所述油膜的厚度与所述滑动轴承的直径尺度达到同一量级，其中，r为轴颈半径，R为轴承半径，θ为网格节点与x轴的夹角；

逆变换单元，用于对变换后的所述油膜进行网格划分，将划分好的网格进行坐标逆变换，得到微小间隙内油膜网格坐标。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述逆变换单元包括：

网格划分单元，用于将变换后的所述油膜进行网格划分，得到网格节点；

编号单元，用于对所述网格节点进行编号，得到所述网格节点的坐标；

坐标逆变换单元，用于根据网格坐标逆变换将所述网格节点的坐标进行坐标逆转换，得到所述微小间隙内油膜网格坐标。