阶梯滑动轴承油膜流态可视化试验装置设计与应用

发布时间：2017-07-14 17:13

  本文关键词：阶梯滑动轴承油膜流态可视化试验装置设计与应用

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【摘要】：油膜特性是研究润滑理论及其工程应用的核心,而准确判断润滑油膜的流态是研究油膜特性的重要前提。动静压滑动轴承在工作过程中,因其油膜厚度很小,故理论计算大多假设油膜处于层流状态,但对于具有深、浅腔的阶梯动压滑动轴承,由于各部分油膜厚度相差较大,尤其是轴承在高速运转时,均可能出现层流、紊流及过渡区等不同的油膜流态形式,采用数值计算得到的结果与实际难免出现偏差。为对滑动轴承油膜流态进行观察和测量,分析油膜区域的具体流态,本文通过构建可视化试验装置,利用气泡示踪法观察气泡在滑动轴承中的分布及运动情况,证明阶梯滑动轴承中油膜的具体流态及其分布情况,以便于在油膜分布区的不同位置,根据其真实流态采取不同的计算方法,修正按单一流态进行计算出现的偏差,得到更加准确的理论计算结果。滑动轴承油膜流态可视化研究中,对有机玻璃轴瓦加工工艺参数探究,关系到试件的透光度及图像采集效果。本文通过构建测光平台,对工艺参数不同的试件进行测量、分析,归纳了在不同工艺参数下制件的透光度变化趋势;总结了经济合理的工艺路线,优化了精细加工的工艺参数。滑动轴承油膜流态可视化研究中轴瓦试件的制作直接关系到试验结果的误差度。本文通过对影响加工质量的工艺要素的研讨,分析了加工过程中产生误差的原因,并提出误差均化的解决方法;制订了试件制作的工艺流程,确定了工艺要素的具体参数并采用水浴时效提高试件材料的稳定性,设计了用于装夹的止口法兰以降低切削变形,实现了滑动轴承可视化研究有机玻璃轴瓦制作,为同类试验研究提供可借鉴的经验和数据。本文通过对试验要求的分析,确定了进行可视化试验所采用的试验装置设计方案;拟定了试验参数并进行了滑动轴承油膜流态可视化试验,得到了试验影像数据。通过对试验影像的分析,重点对比了油膜承载区流线斜率在不同位置的变化情况和主轴转速及最小半径间隙变化时流线斜率的变化情况,为后续进行分析和修正提供数据支撑。本论文完成的工作是国家自然科学基金项目(多种流态共存时超高速浮环动静压轴承润滑理论、实验和应用研究,编号51075373)工作中的一部分。
【关键词】：阶梯滑动轴承 油膜流态 可视化 有机玻璃加工 流线斜率
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符号说明7-13
• 1 绪论13-16
• 1.1 引言13
• 1.2 选题的目的和意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-15
• 1.4 本文主要工作15
• 1.5 章节安排15-16
• 2 阶梯滑动轴承油膜流态可视化试验原理与方法16-22
• 2.1 阶梯滑动轴承的基本结构16
• 2.2 拟定试验参数16-18
• 2.2.1 润滑油粘度的选择17
• 2.2.2 半径间隙的选择17-18
• 2.2.3 主轴转速的选择18
• 2.2.4 试验拟定参数表18
• 2.3 试验设计方法18
• 2.4 流动状态示踪法18-20
• 2.4.1 外加物质法19
• 2.4.2 光学法19
• 2.4.3 注入能量法19
• 2.4.4 试验采用的示踪法19-20
• 2.5 试验原理20
• 2.6 本章小结20-22
• 3 试验轴承组件结构及材料22-26
• 3.1 轴颈试件结构与参数22
• 3.2 轴瓦试件结构与参数22-23
• 3.3 轴瓦和轴颈材料23-24
• 3.3.1 轴颈试件材料24
• 3.3.2 轴瓦试件材料24
• 3.4 本章小结24-26
• 4 试验平台方案设计26-43
• 4.1 试验平台总体方案设计26-27
• 4.1.1 试验平台功能及性能26-27
• 4.1.2 试验平台总体方案27
• 4.2 试验台架27-28
• 4.3 试件安装装置28-29
• 4.3.1 轴瓦安装装置28-29
• 4.3.2 轴颈安装装置29
• 4.4 主轴驱动装置29
• 4.5 进给装置29
• 4.6 供油系统29-33
• 4.6.1 储油及供油装置30-31
• 4.6.2 蓄能器31
• 4.6.3 压力继电器31-32
• 4.6.4 出口流量控制装置32
• 4.6.5 主油路与试验轴瓦的接口32
• 4.6.6 供油系统器件选择32-33
• 4.7 气泡供给装置33-38
• 4.7.1 供气方案一 —— 压力进气33-34
• 4.7.2 进气方案二 —— 射流虹吸进气34-35
• 4.7.3 进气方案三 —— 泵吸进气35-36
• 4.7.4 进气方案的比较和确定36-38
• 4.8 影像采集装置38-40
• 4.8.1 摄（照）相机38
• 4.8.2 相机安装平台38-39
• 4.8.3 平台旋转机构39
• 4.8.4 光源39-40
• 4.9 试验流程设计40-41
• 4.10 试验参数的调节方法41-42
• 4.10.1 长径比调节41
• 4.10.2 润滑油粘度调节41
• 4.10.3 半径间隙和转速调节41-42
• 4.11 本章小结42-43
• 5 试验轴瓦制作前期工艺研究43-54
• 5.1 样件加工方法43
• 5.2 刀具的选取43-44
• 5.2.1 刀具材料43-44
• 5.2.2 刀具形状、角度的选取44
• 5.3 有机玻璃样件试切的工艺设计44-47
• 5.3.1 样件制作的工艺要素分析44-45
• 5.3.2 切削用量的选取45-47
• 5.3.3 加工工艺路线47
• 5.4 样件加工47-48
• 5.5 透光度测量平台的设计与搭建48-49
• 5.6 样件透光度测定与分析49-53
• 5.6.1 样件透光度的测定试验49-50
• 5.6.2 试验数据分析50-53
• 5.7 试验结果与分析53
• 5.8 本章小结53-54
• 6 试验轴瓦制作工艺研究54-61
• 6.1 有机玻璃轴瓦切削加工工艺要素分析54
• 6.2 试件装夹方式54-55
• 6.3 试件切削加工工艺路线55
• 6.4 刀具及切削用量的选取55-56
• 6.4.1 刀具的选取55
• 6.4.2 切削用量的选取55-56
• 6.5 试件的数控加工程序设计56-58
• 6.5.1 试件圆筒内壁的数控加工56
• 6.5.2 试件内各油腔的数控加工56-58
• 6.6 加工过程中的润滑和冷却58-59
• 6.7 有机玻璃轴瓦试件的制作效果及可用性59
• 6.8 本章小结59-61
• 7 浅腔油膜流线流动规律初步试验研究61-74
• 7.1 试验影像的处理与分析方法61-62
• 7.1.1 所用软件61-62
• 7.1.2 试验影像筛选62
• 7.1.3 试验结果的分析方法62
• 7.2 浅腔油膜流线发散单一工况分析62-68
• 7.2.1 流线斜率数据提取63-67
• 7.2.2 流线斜率数据分析67
• 7.2.3 流线斜率增量分析67-68
• 7.3 浅腔油膜流线发散现象多工况对比分析68-72
• 7.3.1 改变主轴转速68-71
• 7.3.2 改变最小半径间隙71-72
• 7.4 本章小结72-74
• 8 总结74-75
• 参考文献75-77
• 致谢77-78
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文78

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本文编号：541937