基于反求的动压滑动轴承形状优化设计

发布时间：2017-10-15 08:33

  本文关键词：基于反求的动压滑动轴承形状优化设计

  更多相关文章： 动压径向轴承 反求设计 优化设计 通用型线 遗传算法

【摘要】：动压径向轴承被广泛应用于各种旋转机械中。随着现代机械向大型化、高速化和高性能方向发展，对于滑动轴承性能的要求也不断提高。对动压径向轴承的研究工作开始深入到轴承的承载力、稳定性、温升、功耗、以及侧漏流速等流体动力特性以及其对三维楔形间隙的要求和影响规律等深层次问题。为了获得优良性能的动压滑动轴承，本文提出了一种基于反求的动压滑动轴承形状优化设计方法，对反设计方法、形状几何参数化及形状优化进行了研究。本课题来源于国家自然基金项目，主要的研究工作及成果如下： ①对大量的有关动压轴承形状反求设计或者优化设计文献进行了研究和分析，，选用快速寻优算法—遗传算法作为有效的动压轴承形状优化设计算法。 ②分析轴承动压润滑原理，建立了动压轴承静特性和动特性三维数值仿真模型。采用先进的现代数学软件MATLAB编写了有限差分程序，分别对动压轴承进行了静特性和动特性响应分析。通过对比文献结果，从而证明了数值仿真程序的准确性、有效性和可行性。 ③应用CFD软件FLUENT和COMSOL Multiphysics对具有通用膜厚方程的动压轴承建立有限元数学模型，并进行了静特性仿真分析，得出了动压滑动轴承压力场分布、油泄和功率损失。通过对比CFD软件与数值算法计算结果，从而验证了通用膜厚方程理论的正确性和数值算法的可行性。 ④利用通用泛函型线理论建立油膜厚度方程，以承载力和油膜压力为目标，以遗传算法为反求算法，通过矩阵变换或者积分法转换油膜厚度的三维空间，通过增加油膜方程离散点构建可变维数设计空间的三维反求模型，对理想轴承油膜分布进行了反求设计，从而获得性能优越的动压轴承的轮廓线方程，应用实例分析证明了动压轴承的反求设计方法的准确性性和可行性；为了提高轴承的稳定性能，以失稳角速度为优化目标，以反求设计的结果为初始设计变量，以承载力和最小油膜厚度为限制条件，优化设计出在某工况下稳定性最好的轴承型线方程，从而使动压轴承的临界失稳转速提高了33.45%，为动压滑动轴承的设计提供理论依据和数据参考。
【关键词】：动压径向轴承 反求设计 优化设计 通用型线 遗传算法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究背景10-11
• 1.3 国内外研究现状综述11-13
• 1.3.1 动压轴承形状改良和修型11-12
• 1.3.2 动压轴承型线的现代设计方法12-13
• 1.4 课题研究主要内容及意义13-15
• 1.4.1 课题研究目的13
• 1.4.2 研究内容13
• 1.4.3 创新点及技术路线13-15
• 2 动压径向轴承的动压润滑15-27
• 2.1 动压润滑原理15-17
• 2.2 Reynolds 方程17-18
• 2.3 关于 Reynolds 方程的数值计算法18-24
• 2.3.1 差商表达式的简单导出18-19
• 2.3.2 超松弛迭代法和收敛准则19-20
• 2.3.3 对称问题的处理20-21
• 2.3.4 边界条件的纳入21-24
• 2.4 轴承润滑的静特征24-26
• 2.4.1 润滑油膜承载力的计算方法24-26
• 2.4.2 偏位角26
• 2.4.3 轴承端泄流量26
• 2.4.4 轴承摩擦力与摩擦系数26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 CFD 软件建模及仿真分析27-39
• 3.1 数值模拟方法和分类27-28
• 3.1.1 有限差分法（FDM）27
• 3.1.2 有限容积法（ＦＶＭ）27-28
• 3.1.3 有限元法（FEM）28
• 3.2 动压轴承型线几何理论28-30
• 3.3 仿真分析模型30-31
• 3.4 FLUENT 数学模型的建立与结果比较31-35
• 3.4.1 仿真分析流程图31-32
• 3.4.2 GAMBIT 建立网格模型32-33
• 3.4.3 承载力分析与数值结果比较33-35
• 3.5 COMSOL Multiphysics 数学模型的建立与结果比较35-38
• 3.5.1 数学模型的建立36
• 3.5.2 承载力分析与数值结果比较36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 动压滑动轴承型线方程反求设计39-55
• 4.1 Reynolds 方程的逆解39
• 4.2 反求算法流程图39-40
• 4.3 基于傅里叶级数的通用泛函型线理论40-41
• 4.4 遗传算法的简介41-43
• 4.4.1 遗传算法的优点41-42
• 4.4.2 遗传算法的执行步骤42-43
• 4.4.3 收敛43
• 4.5 方程系数和方程离散点之间的转换43-46
• 4.5.1 矩阵变换法44-45
• 4.5.2 积分法45-46
• 4.6 遗传算法反求轴承型线方程46-47
• 4.7 实例分析47-53
• 4.7.1 以承载力为目标的反求47-49
• 4.7.2 以油膜压力为目标的反求49-53
• 4.8 本章小结53-55
• 5 基于反求设计的轴承稳定性优化55-67
• 5.1 求解承载力和失稳角速度55-57
• 5.2 优化模型57-58
• 5.2.1 目标函数58
• 5.2.2 设计变量58
• 5.2.3 约束条件58
• 5.3 优化算法及流程图58-59
• 5.4 实例分析59-64
• 5.5 本章小结64-67
• 6 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 附录75
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录75
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目75

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本文编号：1036118