基于小孔节流的液体动静压混合轴承动力特性优化研究

发布时间：2017-09-16 13:10

  本文关键词：基于小孔节流的液体动静压混合轴承动力特性优化研究

  更多相关文章： 动静压轴承 流体动力学 油膜承载力 油膜刚度

【摘要】：高速主轴是实现机械设备高速化的首要条件,而精密高速轴承是主轴单元的核心部件,是实现主轴高速化的关键技术,其性能的好坏直接决定了主轴单元的工作质量。液体动静压轴承是在液体静压轴承的基础上利用其节流原理,使压力油流经节流器后进入油腔产生静压承载力,降低了轴承在启动和停车时由于润滑不良而导致的轴颈和轴瓦之间的摩擦磨损；同时,在轴承工作时又充分地利用了油膜的动压效应,提高了油膜的承载力和静动态性能。从而液体动静压轴承具有摩擦阻力小、抗振性好以及较高的承载力和油膜刚度而得到广泛应用。本文主要研究深浅腔动静压轴承相关参数对流场内油膜动力特性的影响,并以刚度最大准则为优化目标对轴承结构参数进行优化,得到合理的轴承结构参数。本文的主要研究内容如下： 在分析动静压轴承结构特点及其工作原理的基础之上,建立了深浅腔动静压轴承润滑理论的数学模型——雷诺方程和流量守恒方程；同时,根据油膜在流场内的工作特性,提出并分析了决定油膜动态特性的八个动特性系数,并由定义推导得到了油膜刚度系数和阻尼系数的数值求解模型。 在Fluent工具平台上建立了基于CFD的深浅腔动静压轴承油膜流场的数值计算模型；探讨了符合深浅腔动静压轴承油膜的网格划分、边界条件设定和计算参数选择的方法,油膜三维离散网格模型划分采用结构网格,划分网格时采用强制网格尺寸函数来实现计算效率和精度地综合最优；利用所建立的模型和CFD计算方法计算得到了深浅腔动静压轴承内部油膜流场的压力分布、速度分布等流场特性。 在Fluent工具平台上分析了深浅腔动静压轴承工作参数(转速、供油压力)和结构参数(节流孔径、油膜厚度、偏心率)对油膜刚度和承载力的影响规律并与工程计算结果进行了比较；以刚度最大准则为优化目标,对深浅腔动静压轴承结构进行了优化,合理的优化了轴承结构参数。 本文的研究工作对深浅腔动静压轴承结构参数和工作参数优化具有重要的工程参考价值。
【关键词】：动静压轴承 流体动力学 油膜承载力 油膜刚度
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 主要符号11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 论文背景及研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.3 存在的问题18-19
• 1.4 本文研究的主要内容19-21
• 第2章 动静压轴承结构原理及Fluent软件简介21-30
• 2.1 动静压轴承概述21-22
• 2.2 动静压轴承的分类22-23
• 2.2.1 按轴承结构分类22
• 2.2.2 按油腔数目和结构分类22
• 2.2.3 按供油方式分类22-23
• 2.2.4 按工作原理分类23
• 2.3 动静压轴承的工作原理23-24
• 2.4 动静压轴承的装配24-25
• 2.5 动静压轴承的节流器25-26
• 2.6 Fluent结构简介26
• 2.7 Fluent的理论基础26-29
• 2.7.1 流场数学模型概论27
• 2.7.2 数学模型的离散方法27-28
• 2.7.3 代数方程组的求解28-29
• 2.8 Fluent求解计划29
• 2.9 本章小结29-30
• 第3章 动静压轴承内部油膜流场模型30-49
• 3.1 动静压轴承油膜的流态30
• 3.2 动静压轴承油膜流场的数学模型30-36
• 3.2.1 雷诺方程31-33
• 3.2.2 流量守恒方程33-36
• 3.3 油膜的8个动特性系数36-40
• 3.4 油膜动特性系数的求解40-44
• 3.4.1 油膜刚度系数的求解40-43
• 3.4.2 油膜阻尼系数的求解43-44
• 3.5 数值模拟方案44-48
• 3.5.1 模型的建立44-45
• 3.5.2 模型的网格划分45-46
• 3.5.3 Fluent模拟计算46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 动静压轴承数值模拟及结构优化49-74
• 4.1 动静压轴承的数值模拟结果49-51
• 4.2 动静压轴承的流场特性分析51-54
• 4.2.1 供油压力对油膜压力场的影响51-53
• 4.2.2 转速对油膜压力场的影响53-54
• 4.3 动静压轴承参数对油膜承载力及刚度的影响54-61
• 4.3.1 转速对油膜承载力及刚度的影响54-57
• 4.3.2 供油压力对油膜承载力及刚度的影响57-59
• 4.3.3 节流孔径对油膜承载力及刚度的影响59-61
• 4.4 动静压轴承数值模拟结果与工程计算结果的比较61-64
• 4.4.1 供油压力对计算结果的影响对比62
• 4.4.2 节流孔径对计算结果的影响对比62-63
• 4.4.3 轴承间隙对计算结果的影响对比63
• 4.4.4 转速对计算结果的影响对比63-64
• 4.5 动静压轴承的结构优化64-72
• 4.5.1 节流孔径的优化64-66
• 4.5.2 轴承间隙的优化66-70
• 4.5.3 优化后的8个动特性系数70-72
• 4.6 本章小结72-74
• 第5章 结论与展望74-76
• 5.1 结论74
• 5.2 展望74-76
• 参考文献76-78
• 致谢78-79
• 附录 (攻读硕士学位期间所发表的学术论文)79

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本文编号：863230