静动压混合式静压支承综合润滑性能研究

发布时间：2020-09-22 09:59

　　液体静压推力轴承由于具有众多优点,已成为大型机械、宇航、船舶和国防军工等国家重点行业中大型数控装备的核心部件。随着科技的发展,生产制造过程中对其承载能力和精度的要求越来越高,而液体静压推力轴承在高速重载工况下运行时,润滑油膜受到强挤压与强剪切,润滑油温度升高,油膜变薄,局部形成边界润滑或干摩擦,进而经常出现摩擦学失效现象,并且旋转速度越高摩擦学失效的概率越大。为解决上述问题,提出新型静动压混合静压支承结构,实现动静压混合润滑,达到预防摩擦失效效果,保证高速重载静压支承高精度稳定运行。设计了新型静动压混合静压支承结构,通过销与销孔的间隙配合使油垫和底座连接在一起,工作台运行过程中,油垫自动倾斜,形成动压效应补偿静压损失。详细推导了静动压混合静压支承双矩形油腔的承载能力方程、油膜厚度方程、油膜刚度方程和温升方程等,为分析静动压混合静压支承的综合润滑性能提供了具体的计算流程和理论依据。通过UG软件建立新型静动压结构的油膜三维几何模型,在ICEM CFD中进行模型的网格化分,最后在ANSYS CFX中进行边界条件设定和后处理,得到油膜的压力场、温度场和流场,综合考虑压力场、温度场和流场得到综合润滑性能最好时的最佳油垫倾斜角度。同时分析该结构常态工况下载荷和转速对轴承润滑性能的影响。为验证理论推导和模拟仿真结果的正确性,在静动压混合式静压支承实验台进行实验,测量油膜的厚度,并依靠数据计算出油垫的倾斜角度,在其符合仿真结果的基础上,进行最佳润滑性能状态下油膜压力和温度的测量。经过验证,得到实验数据与模拟仿真结果在误差范围内具有一致性,证明所得结论的准确性与正确性。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH117.2
【部分图文】：

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哈尔滨理工大学工学硕士学位论文第 2 章新型静动压混合静压支承润滑理论分析2.1 静动压混合静压支承的结构静动压混合静压支承主要由旋转工作台、静动压油垫和底座三部分组成，如图 2-1 所示，新型油垫结构如图 2-2 所示。采用开式恒流多油垫静动压混合静压支承结构，底座上均匀分布十二个静动压油垫，各个油垫间相互独立，形成十二个独立支承结构，油腔为矩形，两个矩形腔为一组，其间用回油槽隔开。该轴承为一种依靠静压和动压混合作用工作的油膜轴承，静压为主，动压为辅此类静动压混合式静压支承的特点是静压系统连续工作，且当工作台达到一定转速时，会产生动压效应，轴承的承载力是静压支承承载能力与动压效应补偿的承载能力的总和，具有较好的润滑性能。此轴承具有高精度、高刚度、寿命长、抗震性能好等特点。

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底座上均匀分布十二个静动压油垫，各个油垫间相互独立，形二个独立支承结构，油腔为矩形，两个矩形腔为一组，其间用回油槽隔开轴承为一种依靠静压和动压混合作用工作的油膜轴承，静压为主，动压为类静动压混合式静压支承的特点是静压系统连续工作，且当工作台达到一速时，会产生动压效应，轴承的承载力是静压支承承载能力与动压效应补承载能力的总和，具有较好的润滑性能。此轴承具有高精度、高刚度、寿、抗震性能好等特点。图 2-1 新型静动压混合静压支承实物图Fig.2-1 New static and dynamic pressure hybrid static pressure bearing physical picture

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哈尔滨理工大学工学硕士学位论文.2 静动压混合静压支承工作原理静动压混合式静压支承根据静压油腔的供油方式可分为恒压式和恒流量。恒压式通过缝隙节流、毛细管节流或小孔节流的方式调节压力，保持油腔压力恒定，此种方式操作简单，易于调整，多用于气体做润滑剂的情况。恒量式就是通过单泵加分油器的方式将润滑油供给到油腔中，不受形状和负载响，始终保持供油量恒定，此种方式稳定可靠，损失小，方便维护，本文的承采用的便是这种恒流量供油方式，其工作原理如图 2-3 所示。

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