高频动态载荷下静压轴承的研究与应用

发布时间：2017-03-20 06:11

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【摘要】：本论文以浙江帅锋精密机械制造有限公司研发生产的闭式双点肘节式高速超精密压力机为研究背景,研究静压轴承在压力机曲轴支撑端的应用。压力机是一种典型的冲压设备,其工作载荷不连续变化,而是高低变化的冲击载荷,即高频动态载荷。在高频动态载荷的作用下,压力机曲轴传动机构的运动精度得不到保证,因此对曲轴传动部位进行有效改善将对提高压力机工作性能有十分重要的意义。首先,文章分析了肘节式压力机传动的运动原理及整机的工作原理,详细介绍了压力机总体方案的设计及压力机重要组成部分,滑动轴承在主传动系统中的应用和曲轴支撑端滚动轴承的失效形式也做了简单说明,之后通过实验分析了压力机不同部位的工作温度,同时对比了不同转速条件下曲轴端的温度变化;接着介绍了计算流体力学的数值理论和静压轴承的理论知识,在此基础上,利用三维造型软件SolidWorks对四油腔静压轴承进行三维结构设计,再将得到的静压轴承物理模型输入到网格划分软件Gambit中进行网格划分,获取优质网格,最后将优质网格文件导入Fluent进行流场数值模拟实验,着重分析了静压轴承承载性能与各参数之间的关系,对主轴转速、供油压力及油膜厚度等参数对静压轴承的承载特性、压力分布等的影响做了深入的分析。通过本文的研究,作者以实验测量的方法验证了压力机运行状况良好,实际工作温度均在正常范围内。除此之外,以CFD技术为基础,对液体静压轴承进行三维数值模拟,得到关于静压轴承的压力场和温度场的彩色分布云图,计算结果能够有效反映轴承内的流动状态。研究成果弥补了液体静压轴承试验方法中理论依据的不足,为静压轴承在高频动态载荷中的应用提供参考依据。
【关键词】：高频动态载荷 高速压力机 静压轴承 CFD 压力场 承载特性
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题来源、研究背景和意义10
• 1.2 压力机的发展现状10-11
• 1.3 静压轴承的研究现状11-13
• 1.3.1 流体润滑理论的研究现状11
• 1.3.2 油膜稳定性的研究现状11-12
• 1.3.3 静压轴承结构的研究现状12-13
• 1.4 课题研究目的、理论意义和实际应用价值13-14
• 1.4.1 课题研究目的13
• 1.4.2 理论意义13-14
• 1.4.3 实际应用价值14
• 1.5 本文的主要研究内容14-15
• 第二章 高速超精密压力机方案设计与实验分析15-32
• 2.1 高速压力机的主要技术参数15-16
• 2.2 压力机的工作原理和总体方案设计16-18
• 2.2.1 压力机的总体方案设计16-17
• 2.2.2 压力机的工作原理17-18
• 2.3 高频动态载荷的产生18-19
• 2.4 压力机主要部件的结构设计19-22
• 2.4.1 压力机曲轴系统19-20
• 2.4.2 压力机机身20-21
• 2.4.3 压力机润滑油冷却系统21-22
• 2.4.4 特殊设计的离合制动器22
• 2.4.5 导轨系统22
• 2.5 高频动态载荷下滑动轴承的应用22-25
• 2.5.1 流体动力润滑原理23-24
• 2.5.2 滑动轴承形成流体动力润滑的过程24-25
• 2.6 高频动态载荷下滚动轴承的应用25-28
• 2.6.1 滚动轴承的失效形式26-28
• 2.7 基于红外热像仪的温度测量28-31
• 2.7.1 高频动态载荷下整机的温度测试28-29
• 2.7.2 不同频率动态载荷作用下的温度变化29-31
• 2.8 本章小结31-32
• 第三章 计算流体力学及静压轴承基本理论32-45
• 3.1 计算流体力学基础知识32-38
• 3.1.1 流体力学的控制方程32-37
• 3.1.2 计算流体力学常用数值方法37-38
• 3.2 静压轴承的概述38-41
• 3.2.1 静压轴承的结构特点38
• 3.2.2 静压轴承的优缺点38-39
• 3.2.3 静压轴承的应用39-40
• 3.2.4 静压轴承技术的发展40-41
• 3.3 液体静压轴承的工作原理41
• 3.4 节流器介绍41-44
• 3.4.1 固定节流器42-43
• 3.4.2 可变节流器43-44
• 3.4.3 各种节流器的适用范围44
• 3.5 本章小节44-45
• 第四章 静压轴承流场数值模拟环境45-52
• 4.1 CFD概述45-48
• 4.1.1 FLUENT的基本结构及应用领域45-46
• 4.1.2 FLUENT计算过程46-47
• 4.1.3 FLUENT在我国的应用47-48
• 4.2 网格划分和边界条件48-51
• 4.2.1 GAMBIT概述48
• 4.2.2 静压轴承建模48-49
• 4.2.3 网格划分49-50
• 4.2.4 网格检查50-51
• 4.2.5 边界条件的设置51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 基于CFD的静压轴承特性分析52-62
• 5.1 导入FLUENT的后处理52-56
• 5.1.1 定义材料性质53-54
• 5.1.2 设置边界条件参数54-55
• 5.1.3 求解55-56
• 5.2 显示计算结果56-61
• 5.2.1 主轴转速对轴承油膜压力分布的影响57-58
• 5.2.2 供油压力对轴承油膜压力分布的影响58-60
• 5.2.3 半径间隙对轴承油膜压力分布的影响60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间的研究成果69

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本文编号：257306