端面波动对液体静压止推轴承静动态特性影响研究分析

发布时间：2020-10-18 15:52

　　 主轴是旋转机械系统的重要部件,其运动精度直接影响系统使用性能,于是主轴的核心部件——轴承就显得至关重要。因此,探索和提升轴承的运动精密度和性能需求对研究精密加工具有重要的价值。在机械加工设备的运转过程中,轴承同时受到轴向载荷和径向载荷的作用,尤其对于液体静压止推轴承,轴向载荷更为突出,加之在加工过程中因误差的存在,轴承的端面不同程度的存在尺寸误差,工作状态中的轴向振动以及温升等原因,决定了止推轴承在工作状态会不可避免的产生轴向跳动,从而产生端面波动现象,严重影响着加工的精密度。因此,研究端面波动产生的影响,显得尤为重要。针对液体静压止推轴承的端面波动问题,本文从占主导地位的基频谐波跳动入手,将其纳入封油面间隙变化方程,通过对端面波动影响下的构建止推轴承建模,模拟封油面间隙变化情况,选用有限差分计算极坐标系下Reynolds方程,获得封油面上的压力分布,分析讨论了端面基波的周期、幅值和相位以及油膜厚度、静压腔个数对静压止推轴承特性的影响。具体工作内容如下:(1)对端面波动作用下的止推轴承进行了建模,确立了其结构参数,推导了含有离心惯性力项在内的柱型坐标系Reynolds方程,根据止推轴承的模型推算了端面波动下的油膜厚度表达式。(2)对端面波影响下的液体静压止推轴承模型进行了数值分析计算,综合考虑Reynolds方程和流量里连续方程,采用有限差分法,对其进行离散求解,推导了止推轴承封面面压力分布和静压腔压力的数学表达式,以有限差分编写MATLAB程序对其求解计算。(3)推导出了静压推力轴承的静态特性的一系列求解公式,提出了动压比例系数的概念并对其计算方法进行了说明和推导。采用自行编制的有限差分法,对端面波动参数和工作参数进行变换,分析了不同转速、油膜厚度、静压腔数量和端面波动周期、曲面幅值、静压腔相位角等参数相互影响下的静态特性变化情况。(4)推导出了非定常运动Reynolds方程以及止推轴承的刚度和阻尼计算公式,分析了端面波动参数对刚度及阻尼系数的影响,得到了不同转速、油膜厚度、静压腔数量以及端面波动周期、曲面幅值、静压腔相位角等参数相互影响下的的刚度阻尼变化图,分析了其变化规律。本文分析了端面波动影响对液体静压止推轴承性能的影响,对精密机械加工有一定的参考价值。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH133.36
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
本文涉及的符号说明
第1章 绪论
    1.1 课题研究目的与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 表面粗糙度对轴承性能影响研究
        1.2.2 误差对轴承性能影响研究
        1.2.3 离心力和惯性流对轴承性能影响研究
        1.2.4 滑动轴承静动态性能研究
        1.2.5 滑动轴承计算方法研究
    1.3 本文主要研究内容与研究方法
第2章 端面波动影响下的液体静压止推轴承建模
    2.1 端面波动影响下的液体静压止推轴承结构模型
    2.2 端面波动影响下的液体静压止推轴承结构参数
    2.3 Reynolds方程的推导及其边界条件
        2.3.1 Reynolds方程的推导
        2.3.2 边界条件
    2.4 轴承间隙函数
    2.5 本章小结
第3章 端面波动影响下的液体静压止推轴承数值解析
    3.1 Reynolds方程的差分计算
        3.1.1 差商的推导
        3.1.2 超松弛迭代法
        3.1.3 收敛准则
    3.2 流量平衡方程及差分计算
    3.3 迭代计算流程图
    3.4 本章小结
第4章 端面波动影响下液体静压止推轴承静态特性分析
    4.1 承载力计算
    4.2 摩擦力矩计算
    4.3 摩擦功率计算
    4.4 温升计算
    4.5 动压比例系数计算
    4.6 计算结果及分析
        4.6.1 压力分布
        4.6.2 端面波动周期对静态特性的影响
        4.6.3 端面波动幅值对静态特性的影响
        4.6.4 油膜厚度对静态特性的影响
        4.6.5 端面波动相位角对静态特性的影响
        4.6.6 油腔个数对对静态特性的影响
    4.7 本章小结
第5章 端面波动影响下液体静压止推轴承动态特性分析
    5.1 非定常运动的Reynolds方程
    5.2 动态特性系数的计算
    5.3 动态特性系数的求解
    5.4 计算结果及分析
        5.4.1 端面波动周期对动态特性的影响
        5.4.2 端面波动幅值对动态特性的影响
        5.4.3 油膜厚度对动态特性的影响
        5.4.4 端面波动相位角对动态特性的影响
        5.4.5 油腔个数对对动态特性的影响
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表

【参考文献】

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本文编号：2846505