轴瓦-主轴变形对静压轴承油膜间隙影响研究

发布时间：2017-08-19 00:27

  本文关键词：轴瓦-主轴变形对静压轴承油膜间隙影响研究

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【摘要】：本课题来源于国家自然科学基金项目(项目编号:51075409)“新型高性能油膜轴承节流机理研究”。由于液体静压主轴具有较高的回转精度、刚度、转动平稳,因此在各类精密加工机床中被广泛采用。但是液体静压主轴实际工作过程中,特别是主轴转速较高的时候,润滑油膜摩擦温升严重。润滑油膜的温度升高和油膜压力会导致轴瓦和主轴产生变形,改变油膜间隙,从而对静压主轴的工作性能造成影响。因此,研究润滑油膜温升和压力对油膜轴承轴瓦和主轴变形对其油膜间隙的影响,对提高采用液体静压主轴的机床的加工精度具有重要的意义。首先本文以静压轴承的主轴和轴瓦为研究对象,对静压轴承润滑机理进行阐述;推导了在未计及加工误差等理想情况下,静压轴承油膜间隙函数;并考虑轴瓦和主轴变形,建立变形时的油膜间隙函数计算模型。其次对润滑油的温升机理、传热机理等进行相关理论阐述,并以此建立计算过程中的相关传热边界条件。同时考虑到了润滑油的粘温特性,并在计算模型中实现粘温特性,为后续的相关研究工作奠定了基础。然后,利用流体计算软件FLUENT对液体静压轴承的润滑油膜的有限元模型进行求解,得到润滑油膜的温度场分布和压力场分布,并对其分布规律进行了分析;通过ANSYS Workbench仿真,建立液体静压轴承轴瓦、主轴与润滑油膜的流体-结构耦合模型,计算分析主轴和轴瓦的复合变形,并分析了温度场和压力场对主轴和轴瓦变形影响,并对相关特征几何部位提取径向变形,计算出新的油膜间隙与原始的半径进行比较分析;最后通过相关的实验验证仿真模拟的准确性。结果说明,静压轴承轴瓦-主轴变形量相对于油膜间隙不可忽略,尤其是在主轴转速较高的情况下。此外润滑油的粘温特性对静压轴承系统变形影响也较大。
【关键词】：静压轴承 油膜间隙 变形 粘温效应
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.36
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 静压轴承的研究现状10-13
• 1.2.1 静压轴承性能研究10
• 1.2.2 静压轴承温升研究10-11
• 1.2.3 轴瓦-主轴变形研究11-12
• 1.2.4 求解轴承性能的研究方法12-13
• 1.3 课题来源及研究内容13-14
• 2 静压轴承主轴-轴瓦变形对轴承油膜间隙影响基本理论14-23
• 2.1 静压轴承工作原理14-15
• 2.2 流体润滑基础理论15-18
• 2.2.1 流体控制方程15-17
• 2.2.2 雷诺方程17-18
• 2.3 流体控制方程的离散18-19
• 2.4 油膜轴承间隙函数19-22
• 2.4.1 理想状况下的油膜轴承间隙函数20
• 2.4.2 考虑轴瓦-主轴变形情况下的油膜轴承间隙函数20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 静压轴承主轴-轴瓦变形计算模型的建立23-38
• 3.1 润滑油的粘温数学模型23-27
• 3.1.1 润滑油粘度影响因素23-24
• 3.1.2 润滑油粘温方程24-25
• 3.1.3 润滑油粘温效应仿真中的实现25-27
• 3.2 静压轴承传热温升数学模型27-32
• 3.2.1 静压轴承中的传热27-29
• 3.2.2 静压轴承温升数学模型29-32
• 3.3 静压轴承计算模型建立32-37
• 3.3.1 静压轴承建模33-35
• 3.3.2 油膜及轴瓦-主轴的网格划分35-37
• 3.3.3 模型边界条件37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 轴瓦-主轴耦合变形分析38-59
• 4.1 油膜间隙对轴承性能的影响38
• 4.2 轴瓦-主轴与油膜耦合方法的实现38-40
• 4.3 粘度为定值和粘度随温度变化的油膜温度、压力分布40-45
• 4.3.1 油膜的温度分布42-43
• 4.3.2 油膜的压力分布及承载能力43-44
• 4.3.3 轴瓦-主轴的温度分布44-45
• 4.4 粘度为定值和粘度随温度变化的轴瓦变形分析45-49
• 4.4.1 轴瓦的复合变形分析46-47
• 4.4.2 轴瓦热变形分析47-48
• 4.4.3 轴瓦的压力变形分析48-49
• 4.5 粘度为定值和粘度随温度变化的主轴变形分析49-52
• 4.5.1 主轴的复合变形分析49-50
• 4.5.2 主轴热变形分析50-51
• 4.5.3 主轴的压力变形分析51-52
• 4.6 结果特征提取与分析52-55
• 4.6.1 周向封油边特征复合径向变形53-54
• 4.6.2 轴向封油边特征复合径向变形54-55
• 4.7 特征边径向变形对油膜轴承油膜间隙影响分析55-57
• 4.7.1 油膜轴承油膜间隙函数分布计算55-56
• 4.7.2 油膜轴承周向封油边间隙分布56-57
• 4.7.3 油膜轴承轴向封油边间隙分布57
• 4.8 本章小结57-59
• 5 实验验证与仿真对比59-64
• 5.1 静压轴承试验台组成59-62
• 5.1.1 试验台机械部分59-60
• 5.1.2 试验台液压部分60-61
• 5.1.3 试验台数据采集处理部分61-62
• 5.2 实验验证与分析62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录70
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录70
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录70

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本文编号：697659