(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210885461.6 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 (72)发明人 蒋书运　张赤斌　林晓辉　周飞达　 (74)专利代理 机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 1 1467 专利代理师 郝雅洁 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 高速油气润滑动压阶梯推力轴承静态性能 设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种高速油气润滑动压阶梯推 力轴承静态性能设计方法， 包括： 建立油气混合 物粘度和密度表达式； 基于油气混合物粘度和密 度表达式建立极坐标下的阶梯推力轴承雷诺方 程和能量方程； 求解雷诺方程和能量方程， 计算 推力轴承的静态性能； 开展不同油气混合物的含 气率、 工作转速下油气润滑动压推力轴承的静态 性能参数计算， 得到油气润滑对推力轴承静态性 能的影响规律； 以动压推力轴承的摩擦扭矩、 承 载力和温升为设计目标， 通过轴承 结构参数对静 态性能的灵敏度分析， 确定轴承的结构参数。 采 用本发明提供的高速油气润滑动压阶梯推力轴 承静态性能设计方法， 能够大幅提高该类轴承静 态设计精度， 并缩短 设计周期。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115238501 A 2022.10.25 CN 115238501 A 1.一种高速油气润滑动压阶梯推力轴承静态性能设计方法， 其特 征在于， 包括： 建立油气混合物粘度和密度表达式； 基于所述油气混合物粘度和密度表达式建立极坐标下的动压阶梯推力轴承的雷诺方 程和能量方程； 基于差分法求解雷诺方程和能量方程， 计算动压阶梯推力轴承的静态性能， 包括油膜 厚度、 摩擦扭矩、 承载力和温升； 开展不同油气混合物的含气率及工作转速下油气润滑动压推力轴承的静态性能参数 计算， 得到油气润滑对推力轴承静态性能的影响规 律； 以动压阶梯推力轴承摩擦扭矩、 承载力和温升为设计目标， 通过轴承结构参数对静态 性能的灵敏度分析， 确定轴承的结构参数。 2.根据权利要求1所述的高速油气润滑动压阶梯推力轴承静态性能设计方法， 其特征 在于， 所述建立油气混合物粘度和密度表达式， 包括： 采用大剪切速率下油气混合物粘度的测量获得的试验数据， 基于最小二乘原 理拟合所 述试验数据， 得到油气混合物粘度表达式： 上式中， μ为油气混合物的粘度， T为温度， γ为剪切速率， a,b,c,d是与油气 混合物的含 气率相关的参数； 定义油气混合物的当量无量纲密度： 上式中， 表示无量纲密度， λ表示气泡体积与纯油体积比， T 为温度， poil表示纯油压力， σ 表示气泡的表面张力， rair表示气泡半径， 通过进油口处气泡状态获得。 3.根据权利要求1所述的高速油气润滑动压阶梯推力轴承静态性能设计方法， 其特征 在于， 所述雷诺方程通过油膜在有限体积 内流入和流出 的流量平衡关系来建立， 流量关系 表达式为： 上式中， 下标的数字表示某一控制节点附近的四个控制体积的编号， Qr和Qθ分别表示控 制体积的径向质量 流量和周向质量 流量， 表达式为： 上两式中， h表示油膜厚度， p表示油膜压力， r表示径向坐标， θ表示周向坐标， ω为轴承 角速度； r1和r2分别为有限体积的起始和终止的径向坐标， θ1, θ2分别为有限体积的起始和 终止的周向坐标； μ为油气混合物的粘度， ρ 为油气混合物的密度。 4.根据权利要求1所述的高速油气润滑动压阶梯推力轴承静态性能设计方法， 其特征权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238501 A 2在于， 所述能量方程 为： 上式中， cv表示比热容， qr为径向质量流量， qθ为周向质量流量， p表示油膜压力， r为半 径， Tm为油膜在温度场中的平均温度， μ为油气混合物的粘度， ρ 为油气混合物的密度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238501 A 3