基于流固耦合的大型球磨机静压轴承性能研究

发布时间：2017-04-15 12:01

  本文关键词：基于流固耦合的大型球磨机静压轴承性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：静压轴承以承载能力高与使用寿命长等优点被广泛应用到大型球磨机等重型矿用设备。然而,在静压轴承运转过程中,轴承安装误差、中空轴变形等因素造成的润滑油碳化、轴瓦表面胶合等烧瓦问题时有发生,降低了静压轴承的可靠性。静压轴承的失效将导致磨机整机停机,造成严重的生产事故和经济损失。因此,研究静压轴承流场、油膜完整性、静动态刚度对大型磨机静压轴承的设计具有重要的工程应用前景。本文研究内容依托国家自然科学基金项目(NO.51265020)“多场耦合条件下中空轴式重载静压轴承设计理论与方法”,对中空轴、开式静压轴承等结构变形与油膜特性之间的耦合作用机理进行研究。分析了轴承工作载荷、中空轴偏转等因素对油膜压力、厚度、刚度的影响,形成用于研究中空轴式重载静压轴承流固耦合仿真分析方法。主要研究内容如下:(1)通过对球磨机整机模型进行简化、划分网格、设置材料参数建立了磨机静压轴承单向流固耦合仿真模型,对磨机不同工况进行受力分析,求得了静压轴承工作载荷,确定了流固耦合分析边界条件。(2)结合静压轴承油膜CFD仿真结果与静压轴承有限元接触模型对静压轴承进行单向流固耦合分析。对满载静止工况下的油膜进行CFD仿真求解,将油膜压力作为静压轴承载荷之一对静压轴承进行单向流固耦合分析,获得了轴瓦(轴衬)、轴承座的应力分布,轴衬与轴承座的接触状态,回转体应力与变形分布规律。结果表明中空轴两端面最大变形量相差0.2 mm,接近最小油膜厚度。(3)形成了一种静压轴承双向流固耦合仿真分析方法。分析了静压轴承工作载荷、中空轴偏转角对油膜压力的影响规律,与油膜CFD仿真结果进行对比,在油膜轴向对称面上,双向流固耦合计算得到的油膜压力明显大于CFD计算结果;对油膜厚度的分析表明中空轴、轴瓦的变形对油膜厚度影响较大,在油腔位置油膜厚度处于较安全范围,在靠近轴向与周向封油边附近油膜厚度处于较危险范围。(4)总结了静压轴承油膜刚度的求解方法与影响因素。对不同节流方式下的油膜静刚度进行了理论计算分析,结果显示:在相同情况下,小孔节流比毛细管节流静刚度大,静压轴承偏心率小时静刚度大。采用扰动位移法对不同载荷、中空轴偏转角、轴承间隙下的油膜动刚度系数进行了分析,结果表明上述参数的改变对油膜动刚度系数有较大影响。本文通过大型球磨机静压轴承的流固耦合仿真分析,得到了油膜压力、厚度分布规律及油膜刚度,为大型球磨机静压轴承的设计供了参考依据。
【关键词】：球磨机 静压轴承 流固耦合 油膜厚度 油膜刚度
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 静压轴承应用国内外研究现状12-14
• 1.3 流固耦合方法国内外研究现状14-16
• 1.4 主要研究内容16-19
• 第2章 大型球磨机静压轴承载荷计算19-25
• 2.1 静压轴承承载原理19-20
• 2.2 静压轴承载荷计算20-24
• 2.2.1 满载静止工况21
• 2.2.2 正常运转工况21-24
• 2.2.3 满载启动工况24
• 2.3 本章小节24-25
• 第3章 大型球磨机静压轴承单向流固耦合分析25-39
• 3.1 流固耦合仿真模型的建立25-28
• 3.1.1 油膜网格模型25-26
• 3.1.2 静压轴承与回转体网格模型26-28
• 3.2 静压轴承油膜CFD仿真分析28-30
• 3.2.1 控制方程及基本假设28
• 3.2.2 结果分析28-30
• 3.3 静压轴承单向流固耦合分析30-32
• 3.4 回转体单向流固耦合分析32-38
• 3.4.1 载荷施加方案的确定32-34
• 3.4.2 约束施加方案的确定34-35
• 3.4.3 结果分析35-38
• 3.5 本章小节38-39
• 第4章 大型球磨机静压轴承弹性变形与油膜特性耦合分析39-61
• 4.1 双向流固耦合仿真分析方法39-43
• 4.1.1 控制方程40-41
• 4.1.2 流固耦合边界网格划分要点41-42
• 4.1.3 收敛准则42-43
• 4.2 模型简化与边界条件43-44
• 4.3 油膜压力分析44-50
• 4.3.1 载荷对油膜压力的影响44-47
• 4.3.2 中空轴偏转角对油膜压力的影响47-50
• 4.4 油膜厚度分析50-57
• 4.4.1 载荷对油膜厚度的影响50-54
• 4.4.2 中空轴偏转角对油膜厚度的影响54-57
• 4.5 流量及功耗分析57-60
• 4.5.1 载荷对流量及液压功耗的影响58-59
• 4.5.2 中空轴偏转角对流量的影响59
• 4.5.3 中空轴转速对主轴摩擦功耗的影响59-60
• 4.6 本章小节60-61
• 第5章 大型球磨机静压轴承油膜刚度分析61-71
• 5.1 静压轴承油膜静刚度分析61-64
• 5.1.1 毛细管节流式油膜静刚度61-62
• 5.1.2 小孔节流式油膜静刚度62-63
• 5.1.3 结果分析63-64
• 5.2 静压轴承油膜动刚度的确定方法64-67
• 5.3 油膜动刚度的影响规律分析67-70
• 5.3.1 载荷大小的影响67-68
• 5.3.2 中空轴偏转的影响68-69
• 5.3.3 轴承间隙的影响69-70
• 5.4 本章小节70-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 不足与展望72-73
• 参考文献73-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：308328