人字槽滑动推力轴承静动态特性分析与参数优化

发布时间：2020-11-02 11:52

　　 随着机械设备向高精度和高转速方向的发展,对转子支承系统提出了越来越高的要求。应用流体动压效应产生承载力的滑动轴承因为具有摩擦损耗小、性能可靠和油膜刚度高的优点在不同的应用场合得到广泛应用。人字槽滑动轴承相比其他槽形的滑动轴承具有油膜刚度较大的特性,主要应用在高转速、轻负载的工作条件下。这种工作条件要求轴承具有较高的稳定性和较低的摩擦损耗。轴承结构对轴承的性能具有显著的影响。因此对不同结构参数下的人字槽滑动推力轴承的静动态特性进行分析,并对其结构参数进行优化有重大的意义。本文采用有限元法求解单个人字槽处的压力分布,并采用MATLAB编程软件进行了计算,与已有文献算例计算进行验证对比,证明有限元程序的正确性。对压力进行积分计算得到了人字槽推力轴承的承载力和摩擦力矩等静态特性。分析了人字槽推力轴承的结构参数(槽数、槽深、槽宽比和螺旋角)对静态特性的影响。并在求解稳态雷诺方程的MATLAB程序的基础上进行了改进,求解了扰动压力方程,对扰动压力积分得到了人字槽推力轴承轴向刚度和轴向阻尼等动态特性。研究了人字槽推力轴承的结构参数对动态特性的影响。最后采用遗传算法作为优化工具,通过MATLAB编程进行优化计算。首先分别以摩擦力矩最小和轴向刚度最大为目标函数进行了单目标优化。优化过程得到了较快的收敛,优化效果明显,证明了所编遗传算法MATLAB程序的正确性。接着提出了刚矩比的概念,同时以摩擦力矩最小和轴向刚度最大为目标函数进行多目标优化。优化后的人字槽推力轴承轴向刚度提高了 4.2%,摩擦力矩降低了 19.6%,达到了同时增大轴向刚度和减小摩擦力矩的效果。相比初始参数的人字槽滑动推力轴承,优化后的人字槽推力轴承有效地提高了稳定性,延长了使用寿命,增大了系统可靠性。降低了摩擦损耗,减小了工作过程中摩擦损耗转换成的热量,降低了因温升造成润滑油黏度变化,导致的轴承动态特性的变化,降低了因摩擦损耗造成的电能损耗,可以有效地降低成本。本论文研究内容为人字槽推力轴承设计提供了参考。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

图１．１技术路线图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏｕｔｅ??

车轮轴的轴承中存在动压现象［３７］，后来经过前人的不断探讨和研宄，１８８６年，??法国科学家雷诺推导出了描述流体润滑的基本方程雷诺方程［３８］。尽管对流体动??压润滑的研宄不断深入，但其基本原理可用图２．１来表示。形成流体动压的基??本要素有如下四个：??（１）

?相关理论基础??根据图２．２可以得到直角坐标和极坐标的关系ｘ?＝?ｒｃ〇ｓ０，ｙｚｒｓｉｎＰ，可??得??—＝?ｃｏｓ＾—－ｓｉｎ＾—??办?ｄｒ?ｒｄｄ?式（２．７）??—＝?ｓｉｎ＾—＋?ｃｏｓ０—??ｄｙ?ｄｒ?ｒｄｄ??根据图２．２，将；ｃ，ｙ方向的速度沿半径和切线方向进行分解可得??Ｉ?Ｕｒ＝Ｕｘｃｏｓｅ?＋?Ｕｙｓ＼ｎ９?＝?０??］＾Ｕ０?＝?－Ｕｘ?ｓｉｎ?６－＼－Ｕｙ?ｃｏｓ９?＝?ｒｃｏ?式??由式（２．８）求解可得??（Ｕｘ?＝－ｒｃｏｓｉｎ０?式（２９）??＼Ｕｙ＝ｒｃｏ?ｃｏｓ?６??将式（２．７）和（２．９）代入式（２．６），整理化简可得极坐标系下的可压缩??粘性流体雷诺方程??Ａｆｅ！Ｌ＾６（〇ｒｄＡＥｈｌ?式（２．１０）??ａｒｌ，?Ｍ?ＳｒＪ?ｒｄ〇｛?＾?ｄ〇）?ｄ６?＾??采用油润滑方式时一般认为润滑油的密度不变，即润滑油密度为常数，则??式（２．１０）可化简为??Ｍ?－??ｒ??／??？?Ａ?ｅ??／ｙ?Ｖ?—?ｘ??图２．１楔形间隙示意图?图２．２速度分解图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｄｙｎａｍｉｃ?ｐｒｅｓｓ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??ｄ?（ｒｈ３?ｄｐ＾＼?１?ｄ?（ｈ７，?ｄｐ＼?，?ｄｈ??—?—Ｈ??—?＝?ｏｃｏｒ?——??ｄｒｙ?ｊｕ?ｄｒ?Ｊ?ｒ?ｄｄ＼?／ｕ?ＳＯ）?５９?式（２１１）??为了便于计算机进行数值计算，对方程中的变量进行无量
【参考文献】

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本文编号：2867013