高速电主轴动静压轴承热性能分析与优化

发布时间：2017-05-12 08:14

  本文关键词：高速电主轴动静压轴承热性能分析与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速动静压内置式电主轴是高档数控机床的核心功能部件，电主轴系统性能直接影响到机床加工质量的好坏。这类电主轴系统主要由主轴、动静压液体滑动轴承、内置式电动机等构件组成。其中内置式电机驱动主轴高速转动，，动静压液体滑动轴承为主轴提供支撑。当电主轴高速转动时，在液体滑动轴承处，主轴与液体摩擦生热，若热量不能及时传出，则会使主轴和轴承产生热变形，从而影响电主轴系统的工作性能，严重时甚至导致系统无法工作。因此，有必要对高速电主轴的动静压轴承的热性能进行分析，并对其结构进行优化。本文的主要研究内容如下： 1基于流量连续性方程、Navier-Stokes方程和能量方程，建立稳态层流下高速电主轴动静压轴承计算模型。 2计算一字深浅腔形式液体动静压滑动轴承油膜特性，得出了深浅腔液体动静压滑动轴承各个工作参数和结构参数对轴承刚度、温升性能的影响;对比一字和匡字两种油腔结构形式对于轴承刚度及温度分布的影响。 3通过计算轴承油膜特性，得出螺旋油楔动静压滑动轴承各个结构参数对轴承刚度、温升性能的影响；研究了供油和回油压力对螺旋油楔动静压轴承空穴现象的影响，研究了螺旋油楔动静压轴承分流特性对轴承流量和温升的影响。 4构建动静压滑动轴承温升和刚度径向基函数代理模型；采用微型多目标遗传算法对轴承结构进行优化，获得Pareto最优解集；选择目标值范围之后，在给定范围内求解CFD模型，获得了精确的目标值。
【关键词】：动静压轴承 深浅油腔 螺旋油楔 计算流体力学 多目标优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 插图索引9-10
• 附表索引10-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 动静压液体滑动轴承研究现状11-13
• 1.3 电主轴轴承热性能研究现状13-14
• 1.4 动静压轴承优化方法研究现状14-15
• 1.5 研究内容15-16
• 第2章 高速电主轴液体动静压轴承计算模型16-20
• 2.1 引言16
• 2.2 液体动静压轴承计算模型16-18
• 2.2.1 计算流体力学控制方程16-17
• 2.2.2 液体动静压轴承性能分析计算运行步骤17-18
• 2.3 实例计算18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 液体动静压轴承热性能分析20-36
• 3.1 引言20
• 3.2 深浅腔动静压滑动轴承热性能分析20-28
• 3.2.1 深浅腔动静压滑动轴承结构及计算流体力学模型20-21
• 3.2.2 偏心率和偏位角对轴承各向承载力的影响21-22
• 3.2.3 工作参数对轴承性能的影响22-23
• 3.2.4 轴承结构参数对轴承性能的影响23-25
• 3.2.5 节流器形式和结构参数对轴承性能的影响25-26
• 3.2.6 两种深浅腔动静压轴承性能比较26-28
• 3.3 螺旋油楔动静压轴承热性能分析28-32
• 3.3.1 螺旋油楔动静压轴承结构及计算流体力学模型28-29
• 3.3.2 封油边边长度对轴承润滑特性的影响29
• 3.3.3 螺旋角对轴承性能的影响29-30
• 3.3.4 半径间隙对轴承性能的影响30
• 3.3.5 油腔深度对轴承性能的影响30-31
• 3.3.6 油腔包角对轴承性能的影响31
• 3.3.7 转速对轴承性能的影响31-32
• 3.3.8 供油压力对轴承性能的影响32
• 3.4 回油压力对螺旋油楔轴承空穴现象的影响32-33
• 3.5 螺旋油楔动静压轴承冷热分流特性研究33-34
• 3.6 本章小结34-36
• 第4章 动静压滑动轴承结构优化36-43
• 4.1 引言36
• 4.2 多目标遗传优化算法运行步骤36-37
• 4.3 多目标优化问题数学模型建立37-39
• 4.4 实验设计方案39
• 4.5 径向基函数代理模型构建与精度评价准则39-41
• 4.6 多目标优化结果与分析41-42
• 4.7 代理模型与流体力学模型计算结果比较42
• 4.8 本章小结42-43
• 第5章 总结与展望43-44
• 参考文献44-47
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录47-48
• 致谢48

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 廖先禄 ,郭力 ,李波;新型高速液体动静压轴承的温升机理[J];轴承;2002年04期

2 王慧,杨丽颖,高子辉;基于多目标的主轴滑动轴承优化设计系统[J];轴承;2004年12期

3 高朝祥;王充;任小鸿;周文;;基于神经网络的液体动压润滑固定瓦推力轴承优化设计[J];轴承;2012年06期

4 郭策,孙庆鸿;高速高精度数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算[J];东南大学学报(自然科学版);2005年02期

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8 石璞,岑少起;气油两相流对具有深浅腔圆柱动静压滑动轴承油膜压力分布的影响[J];河南科学;2003年02期

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本文编号：359248