锥形静压轴承流场的数值模拟及性能分析

发布时间：2020-06-14 22:31

【摘要】：锥形静压轴承是一种向心推力联合轴承,独特之处是能同时承受径向和轴向载荷,与圆柱和圆盘组成的静压轴承相比,占空间小、结构简单,摩擦功耗小、温升低,推力受离心力的影响小,工艺性好、轴承间隙易调整,也易获得较好的动静压混合轴承的特性,是很有前途和较高使用价值的一种可系列化的静压轴承。所以,无论在低速重载还是在高转速、高精度场合均有应用,因此对锥形静压轴承的性能分析和结构优化显的尤为重要。为了模拟锥形间隙流场,首先应用三维造型软件UG对锥面间流场进行立体建模,再通过parasolid导入GAMBIT划分网格,最后在FLUENT中利用CFD原理,选择层流模型,不可压缩流体,及分离式求解器进行迭代计算。并用后处理器分析结果。通过对不同油膜厚度、不同锥半角下无偏心和有偏心的锥形静压轴承进行模拟,得到了锥面间隙内润滑油的压力分布、速度分布以及温度分布的三维图形,并分析计算出了轴承承载能力、轴向刚度、径向刚度、径向力和轴向力的比值、质量流量、温升、摩擦力等随轴承参数变化的曲线图,得到以下结论:1.锥形静压轴承径向承载力的变化对其轴向承载力的影响较小。2.径向承载力和径向油膜刚度随转速的增大而增大,其动静压混合特性越明显,承载能力越高。3.通过对温度场的模拟,确定了转速、锥半角、温升三者的关系,为锥轴承设计及确定转速提供了理论基础。4.径向承载力系数受锥半角的影响较小,受偏移量的影响较大。这些数据为锥形静压轴承的设计选型提供了理论依据。同时为静压轴承在满足刚度的基础上降低功耗和温升提供了理论依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH133.36
【图文】：

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图2-1 给出了表征二者之间关系的流体力学示意图[41]。图 2-1 流体力学示意图Fig.2-1 Hydromechanics sketch map计算流体力学的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展，为简化流动模型提供了平台，使很多分析方法得到发展和完善。计算流体力学采用数值模拟方法，来研究流体运动的基本物理特性。这种方法的特点是在研究流体运动规律的基础上建立了各类型主控方程，提出了各种简化流动模型，并划分网格，在节点上建立相互联系的流动方程，经过有限次迭代得到压力、速度等的分布情况，能有效的节省人力和时间，使人们能有更多的时间注重流动结果的分析，从而得出有价值的结论。计算流体力学经过前人无数次的改进完善，使得计算结果更准确，计算速度更快，再加上现在个人电脑的普及以及电脑更新换代的加快，使得对复杂流场的模拟称为可能，利用给出的各种模块，能真实的反映流动情况，从而得到有价值的结果。这些研究成果推动了流体力学的发展，奠定了今天计算流体力学基础，很多方法仍是目前解决实际问题时常采用的方法。这种方法的特点如下:1．通过对流动区域划分网格，给出流体运动区域内的离散解，而不是解析解。这区别于一般的理论分析方法;2．它的发展与计算机技术的发展直接相关。这是因为流体运动的复杂程度、解决问题的广度和所能模拟的物理尺度以及给出解的精度，都与计算机速度、内存、运算及输出图形的能力直接相关;3．若物理问题的数学提法（包括数学方程及其相应的边界条件）是正- 8 -

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图 2-2 FLUENT 求解流程图Fig.2-2 FLUENT solve flow chart锥形静压轴承介绍锥型静压轴承的优点轴承在机床主轴组件中起着非常重要的作用，其性能直接影响着度。液体静压轴承由于它具有传动效率高、承载能力大、支承刚度保持性好、抗振动及使用寿命长等特点，因而近年来在机械制造等较快的发展和应用，特别在机械制造业中，其应用效果更为突出。由于锥形静压轴承具有一系列优点而被应用到重型装备中并成为核且其润滑性能的优劣直接影响到整个机床运行的可靠性、寿命和经随着对流体动力润滑轴承的研究日益向广度和深度方向推进，学者究锥形静压轴承各参数对油膜刚度和承载力等的分析对锥形静压轴

【引证文献】