精密重载液体动压轴承的优化设计及其静态特性研究

发布时间：2017-04-03 03:12

  本文关键词：精密重载液体动压轴承的优化设计及其静态特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液体动压轴承广泛应用于机床的主轴系统中,起着定位和支撑的作用,与滚动轴承相比,具有承载能力大、整体尺寸小、摩擦功耗低、耐冲击性能好、抗击振动性强、旋转精度高等显著特点。随着机床向高速化和精密化的方向发展,对液体动压滑动轴承也提出了更高的要求,在保证轴承所需承载能力的情况下,要控制轴承温升在合理范围内,并且尽量减少润滑油流量以减少浪费。由于影响液体动压滑动轴承特性的因素众多,且轴承工作过程比较复杂,所以分析各因素对轴承特性的影响作用规律不仅有利于分析液体动压滑动轴承的工作特性,而且为轴承的优化设计提供有力依据。本文根据流体动力学的基本方程,针对滑动轴承的实际工况条件,选用能够更好解决旋转机械流体问题的RNG k-ε湍流模型,通过有限体积法对各控制方程的积分形式进行离散,建立滑动轴承的理论仿真模型。针对精密重载工况条件,通过对常用的几种轴瓦构型进行对比分析,选择在上轴瓦开180度周向供油槽的轴瓦形式。根据建立的轴承仿真模型,建立了滑动轴承油膜的三维模型,经过网格划分处理,并设置合理的边界条件,采用计算流体力学软件fluent进行计算求解,分别分析了轴承半径间隙、主轴转速、轴承供油压力、轴承供油温度,以及润滑油粘度等因素对轴承特性的影响作用规律。采用哈尔滨工业大学自主研发的ZDY-1型滑动轴承实验台进行实验研究,在相同载荷条件下,测得不同转速下轴承内的油膜压力分布,通过对比相同条件下的仿真结果与实验结果,验证仿真模型的可靠性。论述了滑动轴承在稳态工作情况下油膜发散区产生空穴现象的原因,并且分析了各因素对空穴分布区域的影响作用规律,最后选用半Sommerfeld边界条件对轴承空穴进行处理。针对滑动轴承在正常工作情况下的复杂换热过程,比较现有的润滑油粘温模型,选用与本文所选润滑油特性最接近的Slotte模型,通过与定常模型相比较,分析润滑油热效应对轴承性能的影响。根据各因素对液体动压滑动轴承特性的影响作用规律,通过加入承载力条件,温升条件等,同时考虑润滑油的热效应,采用遗传算法对轴承各参数进行优化设计,从而得到满足条件的最优方案。
【关键词】：滑动轴承 润滑性能 计算流体力学 优化设计
【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】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 研究背景9
• 1.1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 滑动轴承发展历史及研究现状10-17
• 1.2.1 流体润滑理论研究发展现状10-11
• 1.2.2 滑动轴承结构研究发展现状11-12
• 1.2.3 滑动轴承空穴机理及实验研究发展现状12-15
• 1.2.4 轴承润滑油热效应研究发展现状15
• 1.2.5 滑动轴承特性研究发展现状15-17
• 1.3 课题研究内容17-18
• 第2章 液体动压滑动轴承流场建模与仿真18-30
• 2.1 流体动力学理论基础18-21
• 2.1.1 流体动力学基本方程及湍流模型18-20
• 2.1.2 控制方程的离散20-21
• 2.2 精密重载工况下液体动压滑动轴承的设计21-23
• 2.2.1 轴瓦构型对比分析21-23
• 2.2.2 轴承基本参数23
• 2.3 液体动压滑动轴承的仿真模型23-27
• 2.3.1 油膜网格划分24-25
• 2.3.2 SIMPLE耦合算法25-26
• 2.3.3 仿真边界条件设置26-27
• 2.4 轴瓦构型选择27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 液体动压滑动轴承特性分析30-50
• 3.1 液体动压滑动轴承静态特性分析30-36
• 3.1.1 半径间隙对轴承特性影响30-31
• 3.1.2 转速对轴承特性的影响31-33
• 3.1.3 供油压力对轴承特性的影响33-34
• 3.1.4 供油温度对轴承特性的影响34-35
• 3.1.5 润滑油粘度对轴承特性的影响35-36
• 3.2 液体动压滑动轴承空穴特性分析36-45
• 3.2.1 空穴现象的形成过程36-37
• 3.2.2 不同因素对轴承空穴分布的影响规律37-42
• 3.2.3 空穴的理论分析42-45
• 3.3 润滑油粘温特性分析45-48
• 3.3.1 轴承内部的换热过程45-46
• 3.3.2 粘温模型46-47
• 3.3.3 粘温特性对轴承性能的影响47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 液体动压滑动轴承的优化设计50-58
• 4.1 液体动压滑动轴承优化模型50-55
• 4.1.1 设计变量50-54
• 4.1.2 目标函数54
• 4.1.3 约束条件54-55
• 4.2 优化算法55-56
• 4.3 基于遗传算法的液体动压滑动轴承的优化设计56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 液体动压滑动轴承实验研究58-64
• 5.1 液体动压滑动轴承实验台系统58-60
• 5.1.1 实验台整体结构58-59
• 5.1.2 实验台工作原理59-60
• 5.2 实验方案设计60-62
• 5.3 实验结果处理与误差分析62-63
• 5.3.1 实验结果处理62-63
• 5.3.2 实验误差分析63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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4 吕延军;张永芳;季丽芳;吴莹;于杨冰;虞烈;;可倾瓦轴承-转子系统非线性动力行为[J];振动.测试与诊断;2010年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：283626