矩形靜壓油腔的潤滑性能分析

張盛晗 孫浩洋 張洪信

摘要：為解決矩形靜壓油腔的潤滑特性問題，本文建立了矩形靜壓油腔數學模型，并采用高斯-賽德爾迭代法，應用FORTRAN語言編程求得油腔的壓力分布。同時，研究了油腔中心位置偏移對承載能力的影響。研究結果表明，靜壓油腔的承載區域隨著油腔中心位置的偏移而偏移，外油腔壁邊附近的壓力梯度比遠離外油腔壁邊的壓力梯度大，且靜壓油腔的總承載能力也將降低，因此應提高靜壓油腔的制造精度，減小油腔中心位置的偏移量，以改善其壓力分布，并提高承載能力。該研究為解決矩形靜壓油腔的潤滑特性提供了理論依據。

關鍵詞：靜壓油腔; 潤滑; 偏移量; 壓力分布; 壓力梯度; 總承載力

靜壓潤滑需要連接外接設備往承載區域注入帶壓力的潤滑劑以支撐外載荷[1]，其精度、剛度和可靠性較高，且壽命較長[2]，同時在切削時產生的振動較小[3]，因此靜壓軸承被廣泛應用于精密機床及重型機械中[4]。在深淺腔靜壓軸承的研究中，劉豪杰等人[5]計算了其靜特性參數以及在不同轉速和偏心率影響下的油膜三維壓力場分布;孔祥濱[6]針對液體靜壓軸承，研究了其隨著膜厚改變時的潤滑特性;申峰等人[7]采用二維粒子圖像測速（particle image velocimetry，PIV）技術，觀測了油腔內部的流場結構，此流場結構是描述油腔入口處成軸對稱分布的徑向發散層流的流動;在液體靜壓導軌方面，胡均平等人[8]研究了油腔形狀以及結構參數在外載荷偏移的情況下對其性能的影響;于曉東等人[9]針對速度對扇形腔多油墊靜壓推力軸承潤滑性能的影響，分析并得到了其影響規律，避免了靜壓支撐摩擦失效的產生;陳從連等人[10]研究了圓形靜壓油腔內部流場結構在不同入口雷諾數影響下的特性;岳廣杰[11]采用實驗、數值及理論方法，對多種因素影響下液體靜壓轉臺油腔內流體流動特性進行研究;丁少鵬等人[12]建立了高速氣流工況下的靜壓潤滑壓力損失模型，并實驗研究了其間隙壓力分布特性。由于油腔有多種形狀，每種形狀都有其潤滑特性，郭力[13]針對高速液體動靜壓軸承，研究了4種不同形狀油腔對其潤滑油流量已經承載能力的影響，說明角向小孔軸承具有最優良的性能;邵俊鵬[14]研究了壓力場、溫度場、流場對靜壓軸承性能的影響;陳淑江等人[15]對一種新型螺旋油楔靜壓油腔的性能隨著螺旋角、深度以及包角等參數的變化進行研究;在靜壓油腔溫升特性方面，郭玉鵬等人[16]分析了扇形、橢圓、矩形、工字形等4種形狀的靜壓油腔。矩形靜壓油腔油膜最大壓力較小，承載能力較大[17]，而承載能力是靜壓油腔性能的重要指標[18]，加工誤差等因素可導致油腔位置出現偏移。因此，本文研究了矩形靜壓油腔中心位置偏移對壓力分布規律和承載能力的影響。該研究為解決矩形靜壓油腔的潤滑特性提供了理論依據。

1 數學模型

4 結束語

本文研究了矩形靜壓油腔的壓力分布和承載特性，指出靜壓油腔的承載區域會隨著油腔中心位置的偏移而偏移，靠近外油腔壁邊附近的壓力梯度比遠離外油腔壁邊的壓力梯度大，且靜壓油腔的總承載能力也將降低。因此應提高靜壓油腔的制造精度，減小油腔中心位置的偏移量，以改善其壓力分布并提高承載能力。影響靜壓軸承承載性能的因素有很多，比如間隙油膜厚度[20]、溫度等，在實際生產工作中，應綜合考慮多種實際因素，以進一步提高其性能。

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