单球滚动止推轴承润滑与摩擦磨损的机理研究

发布时间：2017-05-30 09:14

  本文关键词：单球滚动止推轴承润滑与摩擦磨损的机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：单球滚动止推轴承是安装在容积式压油泵上的一种结构简单、加工容易的止推轴承。容积泵泵轴在工作过程中,容易产生轴向位移,从而形成泵轴的轴向窜动,该现象对泵整体运行的平稳性有很大的影响。为了消除泵轴运行的不平稳现象,设计出单球滚动止推轴承,并应用于容积泵中。该轴承利用容积泵吸取的介质作为润滑液,通过在球窝处的螺旋槽,形成阶梯动压效应,从而产生克服泵轴轴向力的承载力。以特定型号容积式压油泵上安装的单球滚动止推轴承作为研究对象,分析止推轴承存在的润滑与摩擦磨损的形式,推导出止推轴承润滑的雷诺方程、摩擦转矩和承载力理论形式以及膜厚方程;利用遗传算法对止推轴承结构参数进行优化设计;然后利用流体分析软件FLUENT对止推轴承球窝螺旋槽的结构参数进行仿真分析,考虑空化效应对止推轴承油膜承载性能的影响。在利用遗传算法进行止推轴承结构参数优化设计的过程中,选择摩擦转矩最小和最小油膜厚度最大作为目标函数,以两轴间隙、球窝包角、油液粘度以及球窝曲率系数作为约束条件,利用MATLAB遗传算法工具箱进行优化设计。先进行单目标函数的优化,分别得到目标函数的最优值以及设计变量值,然后进行多目标函数的优化,得到多目标函数的最优值以及设计变量值。通过参数的优化设计,为后文利用流体分析软件进行仿真分析时的模型建立提供了依据。利用FLUENT软件对球窝螺旋槽结构参数槽深、槽宽、螺旋角以及螺旋高度进行仿真设计研究。仿真结果表明:(1)槽深数值越大,螺旋槽的阶梯动压效应越明显,正压区面积越大,负压区的面积越小;槽深40μm周向压强分布明显不同于其他槽深的周向压强分布,而其他槽深的周向压强部分变化不是很明显;承载力和流量都是先增大后减小,两者同时在槽深为160μm达到最大值。(2)槽宽0.6mm、0.7mm的压力场分布基本相同,当槽宽从0.7mm变化到0.8mm时,压力云图正压区面积发生突变,急剧变小,当槽宽大于0.8mm时,正压区面积慢慢变大;周向压强的变化趋势是正压区随着槽宽增大而压强变小,负压区随着槽宽增大而压强变大;承载力在槽宽0.7mm~0.8mm处突变减小,其他区域的承载力随着槽宽增大而增大,流量随着槽宽的增大而增大。(3)油膜压力场分布的正压区面积随着螺旋角增大而增大,负压区面积随着螺旋角增大而减小;周向压强分布是在正压区随着螺旋角增大,压强先减小再增大最后再减小,在负压区,随着螺旋角增大,压强先增大再减小最后再增大;承载力和流量都是随着螺旋角增大而增大。(4)当螺旋高度取值较小时,本应由螺旋槽分隔开的负压区,此时处于连通状态;油膜压力场分布的总体变化趋势是随着螺旋高度增大正压区面积增大,负压区面积减小;当螺旋高度在1.8mm~1.9mm之间时,承载力基本没有变化,当螺旋高度大于1.9mm时,承载力随着螺旋高度的增大而增大;随着螺旋高度的增大,所消耗的流量基本没有变化。
【关键词】：轴向力 滚球轴承 优化设计 螺旋槽参数 FLUENT
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3;TH117
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景及意义10-11
• 1.2 动静压止推轴承的应用现状11-14
• 1.2.1 动静压形成原理11-13
• 1.2.2 动静压止推轴承的国内外研究现状13-14
• 1.3 止推轴承研究方法概况14-16
• 1.3.1 有限差分方法概况14-15
• 1.3.2 CFD仿真方法概况15-16
• 1.4 本文的主要研究内容及创新之处16-18
• 1.4.1 主要研究内容16
• 1.4.2 创新之处16-18
• 第2章 止推轴承结构及摩擦磨损理论分析18-31
• 2.1 止推轴承的结构18-20
• 2.2 止推轴承润滑与摩擦磨损状态分析20-23
• 2.2.1 止推轴承润滑状态分析20-21
• 2.2.2 止推轴承的磨损分析21-23
• 2.3 止推轴承润滑数值建模23-30
• 2.3.1 螺旋槽动压效应分析23-25
• 2.3.2 雷诺方程的建立25-27
• 2.3.3 承载力及摩擦转矩分析27-29
• 2.3.4 膜厚方程的建立29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 止推轴承的优化设计研究31-46
• 3.1 优化算法31-36
• 3.1.1 遗传算法的优点31-32
• 3.1.2 遗传算法的运算流程32-34
• 3.1.3 止推轴承优化算法基本要素的确定34-36
• 3.2 基于遗传算法止推轴承的优化设计36-41
• 3.2.1 单球滚动止推轴承设计概述36-38
• 3.2.2 确定设计变量38
• 3.2.3 目标函数38-40
• 3.2.4 约束条件40-41
• 3.3 优化结果分析41-45
• 3.3.1 摩擦转矩最小的优化结果分析42
• 3.3.2 最小油膜厚度最大的优化结果分析42-43
• 3.3.3 多目标函数的优化结果分析43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 止推轴承性能仿真分析46-76
• 4.1 建立计算模型46-47
• 4.2 计算模型的求解设置47-51
• 4.2.1 定义材料性质48-49
• 4.2.2 设置边界条件参数49
• 4.2.3 设置滑移网格模型49-51
• 4.2.4 求解51
• 4.3 转轴转速对轴承油膜压力场分布的影响51-54
• 4.4 螺旋槽结构参数对轴承油膜压力分布的影响54-64
• 4.4.1 槽深对油膜压力分布的影响54-56
• 4.4.2 槽宽对油膜压力分布的影响56-59
• 4.4.3 螺旋角对油膜压力分布的影响59-61
• 4.4.4 螺旋高度对油膜压力分布的影响61-64
• 4.5 螺旋槽结构参数对轴承承载性能的影响64-69
• 4.5.1 槽深对轴承承载性能的影响64-66
• 4.5.2 槽宽对轴承承载性能的影响66-67
• 4.5.3 螺旋角对轴承承载性能的影响67-68
• 4.5.4 螺旋高度对轴承承载性能的影响68-69
• 4.6 空化效应对止推轴承性能的影响69-75
• 4.6.1 多相流模型的选择70-72
• 4.6.2 空化模型的选择72-74
• 4.6.3 仿真结果对比分析74-75
• 4.7 本章小结75-76
• 第5章 总结与展望76-79
• 5.1 全文总结76-78
• 5.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 攻读学位期间的研究成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 马小姝;李宇龙;严浪;;传统多目标优化方法和多目标遗传算法的比较综述[J];电气传动自动化;2010年03期

2 周夏;白云升;;多级离心泵技术综述[J];化工设备与管道;2008年02期

3 杜金名,卢泽生,孙雅洲;空气静压轴承各种节流形式的比较[J];航空精密制造技术;2003年06期

4 岑少起;于卫东;李瑞珍;;动静压滑动轴承基本方程和特性系数无量纲化研究[J];机械传动;2008年03期

5 郭良斌;;静压气体轴承静态特性的理论研究综述[J];武汉科技大学学报(自然科学版);2006年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陶继忠;气悬浮立式转子动平衡技术研究[D];四川大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 熊永强;计入空化效应的水润滑径向滑动轴承数值模拟研究[D];上海交通大学;2011年

2 盛辉;滚动转子式压缩机止推轴承摩擦磨损性能分析与实验研究[D];华中科技大学;2011年

  本文关键词：单球滚动止推轴承润滑与摩擦磨损的机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：406847