柔性铰链可倾瓦轴承设计与性能研究
发布时间：2017-11-14 01:20
本文关键词：柔性铰链可倾瓦轴承设计与性能研究
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【摘要】：随着现代工业的发展,具有优良稳定特性的可倾瓦轴承越来越多地应用在高速、高精度转子机械中。由于该类轴承在工作转速或负载有所变动时,轴瓦可自动调整摆角,从而获得适宜的油楔,表现出良好的稳定特性。然而,可倾瓦轴承也存在着诸如结构复杂,加工装配要求高,容易形成误差累积,支点易磨损,易产生轴瓦颤振等缺点,并且复杂的装配结构制约了其在小微型转子中的应用,因此需要一种新型的可倾瓦轴承创新设计。柔性铰链在精密仪器中使用很多,由于该结构具有微小弹性变形及其可自动回复的特性,可用来传动,而且传动过程中无空程和机械摩擦,同时具有紧凑的机械结构和刚度以及迅速的响应。本文结合柔性铰链结构特性,采用电火花线切割加工方法,设计制造出了柔性铰链可倾瓦轴承,在获得类似于可倾瓦轴承稳定特性的同时,结构却更简单。该新型轴承具有减少零件数目、降低生产成本、设计稳定、无加工累积误差、可消除轴瓦颤动、无接触应力,并具有良好稳定性的优点。在高速,超高速小微型转子系统中,应用优势更加明显。基于此,本论文对该类轴承进行了润滑设计及动静态特性研究,主要研究内容体现在以下几点：(1)采用材料力学微元法及卡氏定理分析了轴承关键部位柔性铰链的结构特性,对比了不同型式柔性铰链厚度及长度对各结构刚度的影响规律,得出铰链厚度对柔性铰链结构刚度影响最大。通过建立柔性铰链可倾瓦轴承计算模型,给出了油膜厚度表达式及润滑雷诺方程。采用有限差分法,超松弛迭代法离散求解了雷诺方程,结合牛顿迭代法计算了轴颈轴瓦平衡时的轴承静态特性。对比了不同偏心率下轴承偏位角、各轴瓦摆角系数、承载力系数、流量系数、功耗及温升等静态性能随轴颈转速的变化规律,获得了该轴承在一定工况下的静态性能参数。同时还对比了不同柔性铰链旋转刚度下轴承静态性能变化规律,得到铰链旋转刚度位于1000-2000N·m/rad范围内可作为轴承柔性铰链的设计依据；(2)采用轴颈轴瓦同频扰动分析法,结合轴瓦支撑柔性铰链动态旋转刚度,给出了柔性铰链可倾瓦轴承的折合刚度和阻尼系数计算方法。研究了偏心率、轴颈转速、铰链旋转刚度、激振频率比等参数对柔性铰链可倾瓦轴承动态性能的影响,并结合涡动频率比对轴承转子支承稳定性进行了讨论,获得了该轴承动态性能特点及良好的稳定性,可表现出传统可倾瓦轴承特性；(3)采用欧拉方法计算对比了不平衡载荷作用下不同铰链厚度轴承非线性轴心轨迹及轴瓦摆动位移,得出非线性轴心轨迹在不平衡载荷作用下为一个圆,且圆心为不受不平衡载荷时的轴心平衡位置,另外,非承载轴瓦扰动受不平衡载荷作用较承载瓦更明显,铰链厚度越小轴承轨迹到达稳定的时间越短,从而也证明了柔性铰链可倾瓦轴承的稳定性。本文设计的柔性铰链可倾瓦轴承通过润滑建模理论计算,获得了轴承良好的动静态性能,可为该类轴承工程应用提供一定指导,同时轴承一体化设计给小微型转子轴承设计应用拓宽了思路,具有一定的工程应用现实意义。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
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