油膜轴承磁流体润滑理论

      　　《油膜轴承磁流体润滑理论》共分9章，主要内容涉及理论算法推导、数值模拟、方案设计、试验验证等。
　　《油膜轴承磁流体润滑理论》对油膜轴承磁流体润滑理论进行了研究，详细地介绍了磁流体、油膜轴承和磁流体力学的相关基础知识、磁流体润滑性能理论基础、油膜轴承磁流体润滑机理、外加磁场设计、磁流体润滑油膜黏度特性、磁流固多场耦合润滑油膜数值模拟和磁流体润滑油膜轴承的静动特性等。
　　《油膜轴承磁流体润滑理论》旨在为读者提供油膜轴承等滑动轴承类基础件的润滑理论与方法，并为工程应用提供新的知识服务。
　　《油膜轴承磁流体润滑理论》可供从事机械设计及理论研究的科技人员参考，也可供高等院校机械类专业师生阅读。   

1 磁流体概述
1．1 磁流体的组成和特性
1．1．1 磁流体的组成
1．1．2 磁流体的特性
1．2 磁流体的制备
1．2．1 磁流体的制备方法
1．2．2 实验材料与仪器
1．2．3 实验原理
1．2．4 实验方法
1．3 磁流体的表征
1．3．1 宏观表征
1．3．2 磁流体的磁光效应
1．3．3 磁锥现象
1．3．4 电子显微镜
1．3．5 振动样品磁强计
1．3．6 X射线衍射测定
1．3．7 稳定性测试
1．4 磁流体润滑
1．4．1 磁流体润滑的特点
1．4．2 磁流体润滑的影响因素
1．4．3 磁流体油膜轴承

2 油膜轴承概述
2．1 油膜轴承的特点与工作原理
2．1．1 油膜轴承的特点
2．1．2 油膜轴承的工作原理
2．2 油膜轴承润滑
2．2．1 油膜轴承润滑理论发展
2．2．2 油膜轴承润滑的特点
2．3 油膜轴承润滑数学模型
2．3．1 油膜轴承承载能力
2．3．2 油膜轴承润滑基本方程

3 磁流体力学基础
3．1 磁流体力学预备公式
3．2 电磁学方程
3．2．1 基本方程的导出
3．2．2 磁扩散方程
3．2．3 磁力体密度和磁力功体密度
3．3 磁流体动力学方程
3．3．1 质量守恒方程
3．3．2 动量守恒方程
3．3．3 能量守恒方程
3．4 控制磁流体流动的方程组
3．4．1 磁流体方程组的微分形式
3．4．2 不可压缩导电流体的矢量形式微分方程组
3．4．3 直角坐标系中微分方程组的分量形式
3．4．4 柱坐标系中微分方程组的分量形式
3．4．5 球坐标系中的微分方程组的分量形式
3．4．6 磁流体力学方程组的积分形式
3．5 初始条件和边界条件
3．5．1 磁流体力学方程的定解条件
3．5．2 初始条件
3．5．3 磁场边界条件
3．6 磁流体力学方程组无量纲化

4 油膜轴承磁流体润滑理论基础
4．1 经典的磁流体润滑理论模型
4．2 磁流体润滑相关参数定义
4．2．1 磁流体油膜刚度
4．2．2 轴承系统固体变形影响函数
4．2．3 轴承系统流体场承载函数
4．2．4 轴承系统磁场函数
4．3 磁流体润滑性能参数关系
4．3．1 基载液的黏一温／压方程
4．3．2 油膜温度与转速的关系
4．3．3 磁场强度与磁流体润滑油膜黏度关系的推导
4．4 磁流体润滑性能参数的关联度和权重分析
4．4．1 关联度分析
4．4．2 计算润滑特性参数的影响权重
4．5 磁流体黏度的控制策略
4．5．1 磁流体润滑油膜黏度与磁场强度的关系
4．5．2 磁流体润滑油膜黏度与温度的关系
4．5．3 磁流体润滑油膜黏度与压力的关系
4．5．4 磁流体磁一黏本构方程与控制
4．5．5 结果分析

5 油膜轴承磁流体润滑机理
5．1 磁流体润滑油膜轴承数学模型
5．1．1 磁流体动力学方程
5．1．2 雷诺方程
5．1．3 膜厚方程
5．1．4 黏度方程
5．1．5 能量方程
5．1．6 固体热传导方程
5．1．7 界面热流连续方程
5．1．8 其他润滑性能参数计算
5．2 润滑模型无量纲化
5．2．1 数学模型的差分格式
5．2．2 雷诺方程无量纲化
5．2．3 膜厚与黏度方程
5．2．4 能量方程无量纲化
5．2．5 其他方程的无量纲化
5．3 磁流体润滑油膜的数值求解
5．3．1 Fortran语言简介
5．3．2 数值求解过程中相关参数
5．3．3 数值求解计算流程图
5．3．4 润滑模型的数值求解
5．3．5 数值求解结果对比分析

6 磁流体润滑油膜轴承外加磁场设计
6．1 电磁学基本方程
6．1．1 磁场中的高斯定理
6．1．2 磁场中的安培环路定理
6．1．3 有限长通电螺线管中的磁感应强度
6．2 磁流体润滑油膜轴承外加磁场模型
6．2．1 永磁铁磁场模型
6．2．2 螺线管磁场模型
6．2．3 亥姆霍兹线圈磁场模型
6．3 油膜轴承外加磁场的数值求解
6．3．1 多层螺线管线圈产生的磁感应强度
6．3．2 缠绕螺线管线圈的油膜轴承内部的磁感应强度
6．3．3 衬套楔形间隙内的磁感应强度分布
6．4 螺线管磁场的试验研究
6．4．1 螺线管设计
6．4．2 磁场测量
6．4．3 实验测量缠绕通电螺线管衬套的磁感应强度分布
6．4．4 轴承的磁化电流
6．5 计算结果和分析
6．5．1 不同磁场模型的模拟结果
6．5．2 油膜区磁场分布
6．5．3 螺线管电流对磁场大小的影响

7 磁流体润滑油膜的黏度特性
7．1 磁流体黏度特性
7．1．1 无磁场作用时磁流体的黏度方程
7．1．2 外磁场作用时磁流体黏度方程
7．2 磁流体黏度测试
7．2．1 测试装置
7．2．2 测试原理及方法
7．3 磁流体黏度分析
7．3．1 无外加磁场作用时磁流体的黏度特性
7．3．2 外加磁场作用时磁流体的黏度特性
7．3．3 磁流体的温升特性

8 磁流固多场耦合润滑油膜数值模拟
8．1 有限元方法简介
8．1．1 ANSYSCFX软件概述
8．1．2 ANSYS参数化设计语言
8．1．3 磁流体润滑油膜轴承油膜分析系统
8．2 磁流体润滑油膜轴承系统建模
8．2．1 油膜轴承几何模型
8．2．2 油膜轴承有限元模型
8．3 磁流体润滑油膜模拟
8．3．1 传统润滑油模拟
8．3．2 磁流体无磁场模拟
8．3．3 磁流体有磁场模拟
8．3．4 模拟结果对比分析
8．4 磁流固多场耦合模拟
8．5 铁磁流体润滑性能分析
8．5．1 偏心率对轴承承载能力的影响
8．5．2 磁感应强度对轴承承载能力的影响
8．5．3 磁性微粒质量分数对轴承承载能力的影响
8．5．4 入口压力对轴承承载能力的影响
8．5．5 轧辊转速对轴承承载能力的影响

9 磁流体润滑油膜轴承静动特性
9．1 静动特性数学模型
9．1．1 雷诺方程
9．1．2 边界条件
9．1．3 膜厚方程
9．1．4 黏度方程
9．1．5 静特性分析
9．1．6 动特性分析
9．1．7 稳定性分析
9．2 静动特性数学模型的无量纲化
9．2．1 雷诺方程的无量纲化
9．2．2 膜厚与黏度方程的无量纲化
9．2．3 磁场模型的无量纲化
9．2．4 静特性的无量纲化
9．2．5 动特性无量纲化
9．2．6 稳定性分析
9．3 静动特性的数值求解
9．3．1 数值求解的相关参数
9．3．2 数值求解计算流程图
9．3．3 磁流体润滑模型静特性的数值求解
9．3．4 磁流体润滑模型动特性的数值求解

参考文献   

      　　基础件是我国高端装备制造产业的关键组成部分，其设计质量和水平直接关系到产品的性能和技术经济效益。油膜轴承是应用于工业的典型关键基础件，因其具有承载能力大、使用寿命长、速度范围广、运转精度高、结构尺寸小、抗冲击能力强等优点，广泛应用于钢铁、矿山、冶金、航空、航天等系统的高、精、尖关键设备。
　　轧机油膜轴承是迄今所公认的现代轧机比较理想的轴承，也是其他一些高运转精度、大外加载荷、长使用寿命、低摩擦损耗、宽速度范围等重型机械的比较理想的轴承。随着轧机油膜轴承理论与技术的研究进展，结合不同轧制工况的特点，油膜轴承润滑理论由*初的刚流润滑，逐渐发展到热流润滑、弹流润滑和热弹流润滑。为了进一步改善油膜轴承的润滑性能，弥补巴氏合金蠕变对油膜润滑的负面效应，引入磁流体润滑，通过设置磁场强度动态提高润滑油黏度和承载能力，以保证低速重载下油膜的形成和稳定性。开展油膜轴承磁流体润滑理论研究，拓展了磁流体润滑的应用，完善了油膜轴承润滑理论。
　　本书的主要内容包括：（1）磁流体概述，简要介绍磁流体的概念、组成、特点和制备，以及磁流体润滑的特点和影响因素；（2）油膜轴承概述，简要介绍了油膜轴承的特点、工作原理、润滑特点和油膜轴承润滑的数学模型；（3）磁流体力学基础，给出了磁流体力学的预备公式、电磁学相关方程、磁流体动力学方程、控制磁流体流动的方程组，以及分析所需的初始条件和边界条件；（4）油膜轴承磁流体润滑性能理论基础，给出了经典的磁流体润滑理论模型、磁流体润滑相关参数定义、磁流体润滑性能参数关系式和磁流体润滑性能参数的关联度和权重分析；（5）油膜轴承磁流体润滑机理，给出了磁流体润滑油膜轴承数学模型，进行了磁流体润滑模型的无量纲化，以及对磁流体润滑油膜的数值求解；（6）磁流体润滑油膜轴承外加磁场设计，基于电磁学基本方程，推导了限长通电螺线管中的磁感应强度，建立了磁流体润滑油膜轴承外加磁场模型，开展了螺线管磁场的试验研究；（7）磁流体润滑油膜的黏度特性，制备了磁流体油膜轴承油，进行了磁流体黏度测量和磁流体黏度特性分析，给出了磁流体黏度控制策略；（8）磁流固多场耦合润滑油膜数值模拟，实施了磁流体润滑油膜轴承系统建模、磁流体润滑油膜模拟和磁流固多场耦合模拟，分析了磁流体润滑性能，开发了磁流体润滑油膜轴承油膜分析系统；（9）磁流体润滑油膜轴承的静动特性，建立了磁流体润滑油膜轴承的静动特性数学模型，进行了静动特性数学模型的无量纲化和数值求解。
　　本书介绍的油膜轴承磁流体润滑理论属于摩擦学理论与设计范畴。本书的特点是对油膜轴承润滑理论、磁流润滑理论与方法的完善与改进，体现了多学科知识、技术与方法的融合，为机械零件设计的科学计算提供了理论依据，对于提高设备运行效率和运行可靠性具有一定的实用参考价值。
　　本书撰写时充分注意到理论知识的连贯性，理论分析和公式推导时，立足基础理论知识，科学推理、循序渐进、有理有据、系统完整，力求做到理论研究与企业专家经验和现场生产实际相结合，是作者所在课题组成员多年来科学研究成果的结晶。本书是《油膜轴承蠕变理论》（冶金工业出版社，2018年）著作的姊妹篇，是对油膜轴承理论与技术的进一步补充与完善。
　　本书出版的目的旨在为读者提供油膜轴承等滑动轴承类基础件的润滑理论与方法，并为油膜轴承的工程应用提供*新的知识服务。本书可供从事机械设计及理论、摩擦学研究的科技人员参考，也可供高等院校机械类专业师生阅读。