重型静压推力轴承综合物理场研究

发布时间：2020-10-27 01:16

　　 重型静压推力轴承是重型数控装备的关键部件,其性能优劣直接影响设备的加工质量和运行效率。由于国内大型零件机械加工精度达不到要求,使得静压轴承工作时摩擦副间的间隙不均匀,在高速重载的工况下,轴承本体及油膜的温度随工作台转速的升高而升高,使承载油膜变薄,进而产生静压轴承变形导致润滑失效,使油垫的实际结构偏离理论设计模型,限制了转速。因此,进行重型静压推力轴承间隙油膜流场、压力场、温度场以及静压轴承的变形场(综合物理场)的研究是解决问题的关键。 本文在总结了国内外对静压推力轴承结构优化、性能计算、刚度特性、阻尼特性和实验装置研究的基础上,以多油垫圆导轨重型静压推力轴承为研究对象,对变粘度条件下的重型静压推力轴承综合物理场进行了系统的理论研究,主要包括以下几个方面： 首先,在对两平行平板和环形油垫的润滑机理研究基础上,得到了简化后的静压推力轴承模型,以单个油垫为研究对象,利用计算流体力学、润滑理论、摩擦学理论,建立了间隙油膜的粘温方程,并采用B-Spline曲线拟合出粘温曲线,在此基础上建立变粘度下重型静压推力轴承单个油垫上油膜相应的数学模型,包括流量方程、承载能力方程、油膜刚度方程、摩擦力方程、摩擦功率方程及温升方程。 其次,基于有限体积法,针对实际物理模型(由工厂提供数据建立的模型),在等粘度和变粘度条件下,分别对静压轴承间隙油膜的压力场、速度场和温度场进行三维场特征分析,得到粘度对静压推力轴承性能的影响规律。 再次,在变粘度条件下又模拟了不同转速及腔深条件下油膜的压力场、动压及温度场分布情况,揭示了转速及油腔深度对油膜压力场、动压及温度场的影响规律。同时在不同膜厚下数值模拟了油膜的温度分布情况,探讨了膜厚对油膜温度场的影响情况。 另外,建立了重型静压推力轴承旋转工作台和多垫圆导轨底座的有限元模型,利用对油膜温度场计算得到的数值模拟结果作为体载荷施加给工作台及底座得到静压轴承热变形。考虑旋转工作台的自重及承载,把对油膜压力场计算得到的数值模拟结果耦合到与油膜接触的上、下环面上得到力变形。最终把力变形场与热变形场叠加后得到静压推力轴承的总变形结果。 最后,为了验证本文所建数学模型及数值模拟结果的正确性,在双柱立式车床DVT1000×50/150Q-NC上,对不同工况下静压推力轴承的油膜压力、油膜厚度进行实际测量。结果表明：试验测得的油膜压力值与数值模拟结果及理论计算结果比较吻合,说明了对静压推力轴承压力场数值模拟结果的可信性及理论数学模型建立的正确性；通过油膜厚度试验得到了工作台、底座与油膜接触的上、下面的变形情况,变形后的油膜在径向上由内侧到外侧呈喇叭形状,这与通过有限元方法计算变形场得到的结论是一致的。 通过对重型静压推力轴承综合物理场的研究,揭示了多油垫静压轴承间隙流体的流动规律,探明了此类静压推力轴承的失效机理,为工程实际中静压推力轴承设计、仿真分析及性能研究提供了理论依据。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

尺寸过大时, 在高速运转下可能会将空气带入到间隙油膜内部, 使其动刚度大大降低 "文 中对 目前工程上采用的定量式供油且有回油槽的圆导轨重型静压推力轴承为进行研究, 图2一1 为扇形腔多油垫圆导轨重型静压推力轴承的润滑系统结构 "月 S 匕 , 吕 . 1曲l二 全r !图 2一1 静压润滑系统F ig.2一1 H ydrostatie lu bri eating system由于润滑理论已经 比较成熟, 特别是在采用油类润滑全周的径向滑动轴承方面的设计计算 已经有一个完整的方法 "但对于本文所研究的采用定量供油方式的多油垫开式圆导轨重型静压推力轴承的支承特性和间隙流体油膜压力及温度分布规律 以及轴承变形场的研究还尚属空 白, 因此而要进行此方面的研究, 不仅要分析静压轴承本身摩擦副的结构特性, 更重要的是必须要对多油垫重型静压推力轴承的润滑机理进行分析, 并建立静压推力轴承润滑油膜支承特性的数学模型, 从两平行平板间的流动及环形油腔平面油垫出发

平板长度为l, 宽度为b "取平板中间为坐标原点, 与平板平行方向为X 轴, 设流体平行于两平板流动且流速是沿着X 轴的正方向, 如图2一2 所示 "lP侧一- 8 卜峨一万图 2一2 固定平板 间流量计算简图F ig .2 一2 F low e aleu latio n of tw o if xed P arallel Plan e在液流中取一小单元体, 其长度为l, 宽度为 b , 厚度为Zy , 作用在小单元体上左边 的压力为lP , 右边的压力为pZ; 此外 , 由于流层之间的速度差, 而使小单元体上 ! 下面产生的摩擦力 (粘切

图 2一5 圆台间隙在静压推力轴承中的应用P lieation of rfu stu m o f a eon e elearan ce in h ydrostatie th取一微体质量m , 径向宽度为rd , 距离中心为方程 :m(:+rd斌一戈{: +卒办 !- 一:))(!:+ed脚!二pr( +rd 户尹方办代入上式, 并忽略高次微分可d r严 姚 = 下厂ya的角速度"它和旋转圆盘的角速度的关系, .! !, ,! 一,"代 八 上 式 石 , 得 :一刀J Zu 户必2
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王锐昌;热流状态下新型动压推力轴承压力场的计算[J];鞍山钢铁学院学报;2000年02期

2 薛龙,郭德申;真空平衡型气体静压止推轴承刚度分析[J];北京石油化工学院学报;2000年01期

3 崔凤奎;赵魏;杨建玺;;球磨机静压轴承静态压力场及流场仿真分析[J];轴承;2009年01期

4 谢德坚，王锐昌，徐旭，潘安生;新型可逆式推力轴承油膜温度场对最优参数的影响[J];大连理工大学学报;1995年04期

5 潘依森，潘思能;液体动压滑动轴承油膜温度场的分析与计算[J];福州大学学报(自然科学版);1995年03期

6 蒋书运,陈照波,夏松波;航空燃气轮机挤压油膜阻尼器油膜温度场的理论分析[J];航空动力学报;1998年04期

7 丁叙生,陈斌武;液体静压轴承液阻可调式节流器的设计与应用[J];机床与液压;2003年02期

8 王雯,原大宁,傅卫平,杨静,李德信;雷达天线座静压轴承的可视化设计[J];机床与液压;2003年06期

9 刘涛,王益群,王海芳,张伟;冷轧AGC静-动压轴承油膜厚度的分析与补偿[J];机床与液压;2005年08期

10 王创民;;基于ANSYS的油膜轴承油膜温度场分析[J];机械管理开发;2008年05期

相关博士学位论文 前2条

1 于晓东;重型静压推力轴承力学性能及油膜态数值模拟研究[D];东北林业大学;2007年

2 张君安;高刚度空气静压轴承研究[D];西北工业大学;2006年

相关硕士学位论文 前1条

1 杨文勇;空气静压支承电主轴动态性能流固耦合分析与实验研究[D];广东工业大学;2008年

本文编号：2857800