圆锥液体静压轴承热态性能研究

发布时间：2017-05-12 21:00

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【摘要】：圆锥液体静压轴承是液体静压支承的一种特殊形式,具有高精度、高刚度、高稳定性等一系列优点,在精密超精密加工领域有着良好的应用前景。但由于润滑油的粘性耗散,这类轴承在工作过程中不可避免的会产生温升,进而导致润滑油粘度变化和零件热变形,最终会引起轴承支承性能的下降和工作精度的丧失。所以研究圆锥液体静压轴承的热态性能对提高此类轴承的性能和精度具有重要意义。因此,本文采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的手段,探索了圆锥液体静压轴承的热态性能及其变化规律。 理论分析了圆锥液体静压轴承的生热机理和传热机制,推导了基于绝热等粘度假设下的润滑油温升计算公式,分析选取了各换热边界的换热系数；在考虑流固耦合传热和粘温效应的基础上,构建了圆锥液体静压轴承的耦合热态数学模型。 在理论分析的基础上,建立了圆锥液体静压轴承热态分析数值仿真模型。通过仿真计算,获得了轴承润滑油和固体零件的温度场分布及其变化规律,掌握了温升后润滑油的粘度变化情况和零件热变形情况,研究了温升对轴承静态性能和工作精度的影响规律。研究结果表明：转速、进油压力、油膜间隙等参数对圆锥液体静压轴承的热态性能有较大影响。 搭建了圆锥液体静压轴承热态性能实验平台,对上述规律进行了实验验证。实验测试了不同转速、进油压力、油膜间隙下的温升及热变形情况,并与仿真结果进行了对比分析。仿真结果与实验数据吻合良好,证实了模型的合理性和仿真结果的可信性。 系统地总结了一系列改善圆锥液体静压轴承热态性能的措施。仿真计算和实验表明,部分措施有效地改善了轴承的热态性能。 通过以上研究,建立了较为完善的圆锥液体静压轴承热态分析方法,基本掌握了圆锥液体静压轴承热态性能及其变化规律,研究结果对设计圆锥液体静压轴承和优化轴承热态性能有一定的指导意义。
【关键词】：圆锥液体静压轴承 热态性能 温升 耦合传热 计算流体力学
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.36
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 符号说明6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题来源及研究背景10-12
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 圆锥液体静压轴承研究现状12-13
• 1.2.2 滑动轴承热态性能研究现状13-15
• 1.2.3 研究存在的问题15-16
• 1.3 本文的主要内容及章节安排16-18
• 第二章 圆锥液体静压轴承静态及热态性能理论分析18-34
• 2.1 圆锥液体静压轴承基本结构18-19
• 2.2 圆锥液体静压轴承静态性能分析19-25
• 2.2.1 压力和流量分析19-23
• 2.2.2 承载能力和刚度分析23-25
• 2.3 圆锥液体静压轴承热态性能理论分析25-29
• 2.3.1 生热机理分析25-26
• 2.3.2 传热机制分析26-29
• 2.4 流固耦合热态数学模型的建立29-32
• 2.4.1 基本假设29
• 2.4.2 控制方程29-31
• 2.4.3 初始条件和边界条件31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 圆锥液体静压轴承热态性能仿真分析34-52
• 3.1 软件选择及求解方法分析34-36
• 3.1.1 软件选择34
• 3.1.2 求解方法分析34-36
• 3.2 几何模型简化及网格划分36-39
• 3.2.1 几何模型简化36-37
• 3.2.2 网格分析及划分37-39
• 3.3 仿真参数设定及模型验证39-41
• 3.3.1 仿真参数设定39-40
• 3.3.2 模型验证40-41
• 3.4 仿真结果及分析41-50
• 3.4.1 稳态热分析41-48
• 3.4.2 瞬态热分析48-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 温升对圆锥液体静压轴承性能的影响及热态性能改善措施52-67
• 4.1 润滑油粘度变化情况及其对轴承性能的影响52-57
• 4.1.1 润滑油粘度变化情况分析52-53
• 4.1.2 粘度变化对轴承性能的影响53-57
• 4.2 热变形情况及其对轴承性能的影响57-61
• 4.2.1 轴承热变形情况分析57-59
• 4.2.2 热变形对轴承性能的影响59-61
• 4.3 圆锥液体静压轴承热态性能改善措施61-65
• 4.3.1 调整结构设计参数61-63
• 4.3.2 加强散热能力63-64
• 4.3.3 加速热平衡过程64
• 4.3.4 其他改善措施64-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章 圆锥液体静压轴承热态性能实验67-77
• 5.1 实验平台简介67-68
• 5.2 测量方案及实验内容安排68-71
• 5.2.1 温度测量方案68-69
• 5.2.2 热位移测量方案69-70
• 5.2.3 实验内容安排70-71
• 5.3 实验结果与分析71-76
• 5.3.1 不同条件下的热态性能实验71-75
• 5.3.2 加速热平衡实验75
• 5.3.3 误差分析75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 研究工作总结77-78
• 6.2 技术创新点78
• 6.3 研究展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利83
• 附录Ⅱ 攻读硕士学位期间参与的学术活动83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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1 马丙辉;基于热管传热的液体静压电主轴热态性能及相关技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

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本文编号：360817