CN113027921B - 获取静动压轴承油膜压力分布的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取静动压轴承油膜压力分布的方法和装置，该方法包括：建立轴承油膜模型，轴承油膜模型包括：与轴承结构相适配的筒状本体模型、位于本体模型上的静压油腔模型、以及垂直连接于静压油腔模型的静压油孔模型；分别对本体模型、静压油腔模型和静压油孔模型进行分块处理，以获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域；对分块处理后的轴承油膜模型进行仿真分析，得到轴承油膜压力分布。本发明通过将静动压轴承油膜模型划分为本体、静压油腔、静压油孔三部分的轴承油膜模型，且对三部分分别进行分块处理，获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域，生成满足流体计算精度的结构化网格，通过仿真分析能够得到轴承油膜压力分布。

Description

获取静动压轴承油膜压力分布的方法和装置

技术领域

本发明涉及轴承受力分析技术领域，尤其涉及一种获取静动压轴承油膜压力分布的方法和装置。

背景技术

轴承是机械传动中的常用部件，一般地，为了便于对滑动轴承形成压力油膜，轴承结构为带偏心结构。

为了获取轴承油膜的承载能力和油膜压力分布，可以采用CFD仿真技术对油膜压力进行仿真分析。然而，对于静-动压轴承而言，由于轴承的偏心结构、以及轴承表面油膜包括流动的油膜和静压油腔和静压油孔等因素，油膜各处的厚度和外形尺寸相差极大，CFD仿真软件无法自适应地生成满足流体计算精度的网格，使得仿真结果较差，无法准确反映轴承油膜压力分布。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种获取静动压轴承油膜压力分布的方法和装置。技术方案如下：

第一方面，提供了一种获取静动压轴承油膜压力分布的方法，包括：

建立静动压轴承油膜模型，所述轴承油膜模型包括：与轴承结构相适配的筒状本体模型、位于所述本体模型上的静压油腔模型、以及垂直连接于所述静压油腔模型的静压油孔模型；

分别对所述本体模型、所述静压油腔模型和所述静压油孔模型进行分块处理，以获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域；

对分块处理后的轴承油膜模型进行仿真分析，得到轴承油膜压力分布。

可选地，所述建立轴承油膜模型，包括：

根据轴承长度、轴承直径和轴承偏心率建立所述本体模型；

根据静压油腔的长轴尺寸、短轴尺寸、静压油腔分布位置和静压油腔的深度，在所述本体模型上建立所述静压油腔模型；

根据静压油孔的直径和长度，在所述静压油腔模型上建立所述静压油孔模型。

可选地，所述对所述本体模型进行分块处理，包括：

将所述本体模型以沿轴向的平面等分为第一区域和第二区域，所述静压油腔模型位于所述第一区域的中部，所述第一区域为轴承偏心结构。

可选地，所述本体模型上有两个相对的静压油腔模型，两个所述静压油腔模型的连线平行于所述本体模型的轴线；

所述对所述本体模型进行分块处理，还包括：

以垂直于本体轴线的平面将所述第一区域等分为第三区域和第四区域，两个所述静压油腔模型分别位于所述第三区域和第四区域上。

可选地，所述对所述本体模型进行分块处理，还包括：

以两条沿轴向的平分线将所述第三区域等分为依次分布的第五区域、第六区域和第七区域，一个所述静压油腔模型位于所述第六区域内；

以两条沿轴向的平分线将所述第四区域等分为依次分布的第八区域、第九区域和第十区域，另一所述静压油腔模型位于所述第九区域内。

可选地，所述对所述本体模型进行分块处理，还包括：

以至少一条沿轴向的平分线和/或至少一条沿周向的平分线将所述第二区域等分为若干区域。

可选地，所述对所述静压油腔模型进行分块处理，包括：

分别以长轴和短轴所在直线为平分线将所述静压油腔模型四等分。

可选地，所述对所述静压油孔模型进行分块处理，包括：

将所述静压油孔模型以两条相互垂直的直径所在的直线为平分线四等分。

可选地，所述对所述静压油孔模型进行分块处理，包括：

将所述静压油孔模型以过所述静压油孔模型轴向中心线且垂直于所述静压油孔模型轴向截面的两个平面等分为四个区域。

第二方面，提供了一种获取静动压轴承油膜压力分布的装置，所述装置包括：

模型建立模块，被配置为建立轴承油膜模型，所述轴承油膜模型包括与轴承结构相适配的筒状本体模型、位于所述本体上的静压油腔模型、以及垂直连接于所述静压油腔的静压油孔模型；

分块处理模块，被配置为分别对所述本体模型、所述静压油腔模型和所述静压油孔模型进行分块处理，以获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域；

仿真模块，被配置为对分块处理后的轴承油膜模型进行仿真分析，得到轴承油膜压力分布。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的获取静动压轴承油膜压力分布的方法和装置，通过将静动压轴承油膜模型划分为本体、静压油腔、静压油孔三部分的轴承油膜模型，能够准确反映动-静压轴承工作态下的润滑油分布问题，且考虑到本体、静压油腔和静压油孔三部分结构尺寸差异较大，对三部分分别进行分块处理，获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域，从而能够在流体动力学仿真分析软件中生成满足流体计算精度的结构化网格，保证仿真结果的准确性，通过仿真分析能够得到轴承油膜压力分布。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的轴承油膜模型的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的轴承油膜模型的俯视图；

图3为本发明一实施例提供的轴承油膜模型的主视图；

图4为本发明一实施例提供的轴承油膜模型中本体模型被划分为第一区域和第二区域的示意图；

图5为本发明一实施例提供的轴承油膜模型中本体模型第一区域的划分示意图；

图6为本发明一实施例提供的轴承油膜模型中静压油腔模型的划分示意图；

图7为本发明一实施例提供的轴承油膜模型中静压油孔模型的划分示意图；

图8为本发明一实施例提供的轴承油膜模型的整体划分示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供了一种获取静动压轴承油膜压力的方法，如附图1-8所示，包括：

S101，建立轴承油膜模型，轴承油膜模型包括：与轴承结构相适配的筒状本体模型101、位于本体模型101上的静压油腔模型102、以及垂直连接于静压油腔模型102的静压油孔模型103。

该步骤中，建立的轴承油膜模型为轴承正常工作时润滑油在轴承表面分布形成的油膜结构的模型，包括包覆在轴承表面的筒状油膜本体、以及向轴承上注油的静压油孔以及油孔与轴承接触处的静压油腔。轴承油膜模型的结构示意图可以参见附图1，通过建立完全模拟轴承工作态下润滑油分布的油膜模型，后续对该油膜模型进行仿真分析时得到的压力分布能够更贴合实际。

S102，分别对本体模型101、静压油腔模型102和静压油孔模型103进行分块处理，以获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域。

由于轴承油膜模型三部分的结构差异较大，因此，为了获得更好的仿真效果，该步骤中对三部分分别进行分块处理，以将轴承油膜模型三部分分别分割为能够满足结构化网格划分要求的多个几何区域，保证仿真结果的准确性。

S103，对分块处理后的轴承油膜模型进行仿真分析，得到轴承油膜压力分布。

该步骤中，可以采用流体分析软件，例如CFD仿真分析软件等。基于分块处理后所得到的轴承油膜模型的每个几何区域均能够在仿真分析软件中进行结构化网格划分以生成相应的结构化网格，对相应的结构化网格进行仿真分析，能够得到轴承油膜压力分布。仿真分析可以包括对轴承油膜静压压力分布和静-动压压力分布的仿真分析。

综上，本发明实施例提供的获取静动压轴承油膜压力分布的方法，通过将静动压轴承油膜模型划分为本体模型101、静压油腔模型102、静压油孔模型103三部分的轴承油膜模型，能够准确反映动-静压轴承工作态下的润滑油分布问题，且考虑到本体、静压油腔和静压油孔三部分结构尺寸差异较大，对三部分分别进行分块处理，获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域，从而能够在流体动力学仿真分析软件中生成满足流体计算精度的结构化网格，保证仿真结果的准确性，通过仿真分析能够得到轴承油膜压力分布。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如附图2和附图3所示，上述建立轴承油膜模型，可以包括：

根据轴承长度L1、轴承直径D和轴承偏心率e建立本体模型101。由于本体模型101为包覆在轴承上的油膜，其结构和尺寸与轴承相同，因此，根据轴承的长度、轴承的直径和轴承偏心率即可建立本体模型101。

根据静压油腔的长轴尺寸A、短轴尺寸B、静压油腔距轴承端面的距离S1、S2和静压油腔的深度H，在本体模型101上建立静压油腔模型102。静压油腔位于油孔和轴承之间，为一储存中转润滑油的腔体。在一实施例中，静压油腔的截面为椭圆形，其靠近油孔一侧的端面为平面，靠近轴承一侧的端面为与轴承相适配的弧形面。因此，在已知静压油腔的长轴和短轴尺寸后可以确定静压油腔的截面，然后结合静压油腔的深度可以确定静压油腔的结构和尺寸。静压油腔距轴承端面的距离用于确定静压油腔模型102在本体模型101上的位置。通过以上给出的几项数据，即可在本体模型101上建立静压油腔模型102。

根据静压油孔的直径c和长度L，在静压油腔上建立静压油孔的模型。在一实施例中，静压油孔为连接在静压油腔中部的圆柱体结构，因此，在建立静压油腔模型102之后，根据静压油孔的直径和长度，即可在静压油腔上建立静压油孔模型103。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如附图4所示，上述对本体模型101进行分块处理，可以包括：

将本体模型101以沿轴向的平面等分为第一区域1和第二区域2，静压油腔模型102位于第一区域1的中部，第一区域为轴承偏心结构。

润滑油经静压油孔进入静压油腔后均匀分散在轴承表面形成油膜，油膜可分为位于静压油腔一侧以及背离静压油腔一侧，两侧的油膜由于和静压油孔和静压油腔的位置不同，在油膜分布上厚度不同，具备不同的性质，因此，在进行分块处理时将本体模型101划分为第一区域1和第二区域2，分别进行压力分析，更加符合实际，提高仿真结果准确性。

在一实施例中，本体模型101上有两个相对的静压油腔模型102，两个静压油腔模型102的连线平行于本体模型101的轴线。此时，如附图5所示，上述对本体模型101进行分块处理，还可以包括：以垂直于本体轴线的平面将第一区域1等分为第三区域3和第四区域4，两个静压油腔模型102分别位于第三区域3和第四区域4上。以两条沿轴向的平分线将第三区域3等分为依次分布的第五区域5、第六区域6和第七区域7，一个静压油腔模型102位于第六区域6内；以两条沿轴向的平分线将第四区域4等分为依次分布的第八区域8、第九区域9和第十区域10，另一静压油腔模型102位于第九区域9内。划分后本体模型101的示意图可以参见附图8。

如此设置，能够使每个静压油腔分别位于一个区域内，划分后的第五区域5、第六区域6、第七区域7、第八区域8、第九区域9和第十区域10等各区域能够还不干扰地进行受力分析。

在一实施例中，本体模型101上可以设置有一个静压油腔。此时，可以将第一区域1以两条沿轴向的平分线进行三等分即可。

在一实施例中，本体模型101上可以设置有三个静压油腔，此时，可以将第一区域1以两条沿周向的平分线进行三等分，每个静压油腔可以位于每个区域的中部，然后再将每个静压油腔所在的区域三等分。对于更多的静压油腔数量，可以参照上述方法进行划分，本实施例中对此不再赘述。

在本实施例的一些可选的实现方式中，对本体模型101进行分块处理，还可以包括：

以至少一条沿轴向的平分线和/或至少一条沿周向的平分线将第二区域2等分为若干区域。通过对第二区域2进行划分，可以进一步提高仿真结果的准确性。

举例来说，可以两条沿轴向的平分线和一条沿周向的平分线将第二区域2等分为6个区域，此时划分情况与第一区域1相类似。

或者，可以一条沿轴向的平分线和一条沿周向的平分线将第二区域2等分为4个区域。或者，可以一条沿轴向的平分线将第二区域2等分为两个区域。或者，可以一条沿周向的平分线将第二区域2等分为两个区域。本实施例中对其它各种划分情况不再赘述，只要能使划分出的几何区域能够满足仿真精度要求即可。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如附图6所示，上述对静压油腔模型102进行分块处理，可以包括：分别长轴和短轴所在直线为平分线将静压油腔模型102四等分。如此设置，能够使划分后的几何区域能够满足仿真需求，提高仿真分析效果。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如附图7所示，上述对静压油孔模型103进行分块处理，可以包括：将静压油孔模型103以两条相互垂直的直径所在的直线为平分线四等分。如此设置，能够使划分后的几何区域能够满足仿真需求，提高仿真分析效果。

在本实施例的一些可选的实现方式中，当静压油孔的长度较长时，为了进一步提高仿真效果，上述对静压油孔模型103进行分块处理，可以进一步包括：将静压油孔模型103以过静压油孔模型轴向中心线且垂直于静压油孔模型轴向截面的至少一个平面等分为若干区域。如此设置，能够使划分后的几何区域能够满足仿真需求，提高仿真分析效果。

例如，可以将静压油孔模型103以过静压油孔模型轴向中心线且垂直于静压油孔模型轴向截面的两个平面等分为四个区域。

第二方面，本发明实施例提供了一种获取静动压轴承油膜压力分布的装置，该装置包括：

模型建立模块，被配置为建立轴承油膜模型，轴承油膜模型包括与轴承结构相适配的筒状本体模型101、位于本体上的静压油腔模型102、以及垂直连接于静压油腔的静压油孔模型103；

分块处理模块，被配置为分别对本体模型101、静压油腔模型102和静压油孔模型103进行分块处理，以获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域；

仿真模块，被配置为对分块处理后的轴承油膜模型进行仿真分析，得到轴承油膜压力分布。

综上，本发明实施例提供的获取静动压轴承油膜压力分布的装置，通过将静动压轴承油膜模型划分为本体、静压油腔、静压油孔三部分的轴承油膜模型，能够准确反映动-静压轴承工作态下的润滑油分布问题，且考虑到本体、静压油腔和静压油孔三部分结构尺寸差异较大，对三部分分别进行分块处理，获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域，从而能够在流体动力学仿真分析软件中生成满足流体计算精度的结构化网格，保证仿真结果的准确性，通过仿真分析能够得到轴承油膜压力分布。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种获取静动压轴承油膜压力分布的方法，其特征在于，包括：

建立轴承油膜模型，所述轴承油膜模型包括：与轴承结构相适配的筒状本体模型、位于所述本体模型上的静压油腔模型、以及垂直连接于所述静压油腔模型的静压油孔模型；

分别对所述本体模型、所述静压油腔模型和所述静压油孔模型进行分块处理，以获取能够进行结构化网格划分的多个几何区域；

对分块处理后的轴承油膜模型进行仿真分析，得到轴承油膜压力分布，

其中，所述建立轴承油膜模型包括：

根据轴承长度、轴承直径和轴承偏心率建立所述本体模型；

根据静压油腔的长轴尺寸、短轴尺寸、静压油腔分布位置和静压油腔的深度，在所述本体模型上建立所述静压油腔模型；

根据静压油孔的直径和长度，在所述静压油腔模型上建立所述静压油孔模型，以及

其中，所述对所述本体模型进行分块处理包括：将所述本体模型以沿轴向的平面等分为第一区域和第二区域，所述静压油腔模型位于所述第一区域的中部，所述第一区域为轴承偏心结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本体模型上有两个相对的静压油腔模型，两个所述静压油腔模型的连线平行于所述本体模型的轴线；

所述对所述本体模型进行分块处理，还包括：

以垂直于本体轴线的平面将所述第一区域等分为第三区域和第四区域，两个所述静压油腔模型分别位于所述第三区域和第四区域上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述本体模型进行分块处理，还包括：

以两条沿轴向的平分线将所述第三区域等分为依次分布的第五区域、第六区域和第七区域，一个所述静压油腔模型位于所述第六区域内；

以两条沿轴向的平分线将所述第四区域等分为依次分布的第八区域、第九区域和第十区域，另一所述静压油腔模型位于所述第九区域内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述本体模型进行分块处理，还包括：

以至少一条沿轴向的平分线和/或至少一条沿周向的平分线将所述第二区域等分为若干区域。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述静压油腔模型进行分块处理，包括：

分别以长轴和短轴所在直线为平分线将所述静压油腔模型四等分。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述静压油孔模型进行分块处理，包括：

将所述静压油孔模型以两条相互垂直的直径所在的直线为平分线四等分。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述对所述静压油孔模型进行分块处理，包括：

将所述静压油孔模型以过所述静压油孔模型轴向中心线且垂直于所述静压油孔模型轴向截面的两个平面等分为四个区域。

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