锥形配流副弹流润滑模型与数值计算方法

　　0 引 言

　　锥形配流副是一种新型的配流方式，具有端面配流和圆柱形配流的优点[1-3]。锥形配流副所形成的是一个径向-推力圆锥滑动轴承的模型，如今对圆锥滑动轴承的理论研究已得到逐步发展和完善。Kazimierski 用线性方法对气体圆锥轴承的简单情况作过优化设计，目的是求得一个使轴承稳定性最好的最佳锥角[4]。Yoshimoto 等人进行了具有螺旋槽的水润滑圆锥轴承的稳定性理论和试验研究，结果得出螺旋槽能够稳定的支承高速旋转的圆锥轴承[5-6]。Prabhu 针对环形腔圆锥轴承进行性能分析，得到了静态承载能力、流量、静态刚度、封油面上的摩擦功耗以及动态刚度、阻尼的解析解，并用差分法计算了在计入旋转惯性、轴线倾斜时的环形腔圆锥轴承二维流时的静特性值及动刚度和阻尼系数[7-9]。

　　在以上文献及文献[10-11]中，对于工作表面所建立的润滑模型均较为规则，且只具有一项力平衡关系，所需求解的只是润滑间隙和偏心率的其中一项；但从锥形配流副工作原理的分析中可以得出，由于高低压平衡油槽压力的相互干扰，形成较为复杂的配流面润滑模型，且模型中具有轴向和径向力平衡关系，必须同时求解出配流间隙和偏心率。

　　随着液压高压化的发展[12-14]，配流副在高压条件下的弹性变形量已不能忽略。由于配流副的弹性变形会造成油膜场和压力场的改变，进而对锥形配流副的润滑状态产生显著的影响。McConnachie 和郑炜分别对柱塞孔之间的区域的变形和配流盘在压力场下的变形进行了有限元计算[3,15]。Wang[16-17]、Kazama[18-19]等对类似于配流副工作原理的推力轴承进行了其密封带材料特性和弹性变形对油腔压力、承载力及泄漏量的影响研究[15]。Peter[20]、Webster[21]等则根据配流副密封面弹性变形对水介质液压泵马达的配流副承载能力、泄漏量、油膜厚度和油膜刚度的影响，进行了其结构设计的优化。

　　本文预应用弹性流体动力润滑理论，建立锥形配流副弹流润滑模型，根据模型中轴向和径向力平衡关系对配流间隙和偏心率求解的数值计算方法研究，为锥形配流副的润滑特性研究提供参考。

　　1 锥形配流副弹流润滑模型

　　锥形配流副弹流润滑模型主要包括模型控制方程和配流轴平衡方程。

　　1.1 锥形配流副结构与控制方程

　　锥形配流副主要由缸体和配流轴组成，二者之间的配流面加工成平行锥面，配流轴上加工有高低平衡油槽、短阻尼孔 m 和 n，如图 1。排油区的压力 p₀流体通过短阻尼孔 n 而产生压降，在高压平衡油槽内形成压力 p_h，在 p_h的作用下，流体通过配流面间隙产生泄漏流量；且压力 p₀流体又通过配流面间隙产生压降，在低压平衡油槽内形成压力 pl，在 pl的作用下，流体通过配流面间隙及短阻尼孔 m 产生泄漏流量；锥形配流轴的径向受力由静压支承作用实现平衡，而所受排油区的轴向液压力则由高、低压平衡油槽及配流间隙形成的轴向液压力平衡。