螺旋槽动压推力轴承动态特性分析及参数优化

发布时间：2017-10-09 04:13

  本文关键词：螺旋槽动压推力轴承动态特性分析及参数优化

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【摘要】：推力轴承为了获得较好的流体动压效果,通常会在工作面上加工一些具有特殊结构的槽或台阶以形成沿滑动速度方向收敛的楔形,利用其产生较强的动压效应,进一步提高推力轴承的承载能力。同时合适的收敛型面有利于提高推力轴承的润滑性能。在高速运转条件下,螺旋槽推力轴承与其它类型推力轴承相比,具有更高的承载能力和较小的摩擦力。本文以不等深斜面螺旋槽推力轴承为模型,分析了螺旋槽几何参数对其动静特性的影响及其瞬态特性。以最大油膜刚度系数为目标,优化了螺旋槽的几何参数,为螺旋槽推力轴承的设计奠定理论基础。 首先,建立螺旋槽动压推力轴承的数学模型。由于螺旋形槽线结构复杂,本文利用基于边界拟合坐标系的坐标变换把螺旋区域变成扇形单元,在扇形单元上进行数值计算,并推导出坐标变换后的雷诺方程和油膜厚度方程。 其次,对螺旋槽动压推力轴承进行数值分析。采用有限差分法编制MATLAB计算程序对轴承的润滑性能进行数值模拟,并分析了螺旋角、槽数、槽宽比和槽深比对不等深斜面螺旋槽推力轴承和等深螺旋槽推力轴承静特性的影响。 再次,推导出扰动压力方程求解出扰动压力,得到轴承的刚度系数和阻尼系数,并分析了螺旋角、槽数、槽宽比和槽深比对不等深斜面螺旋槽推力轴承和等深螺旋槽推力轴承动特性的影响。结果表明,螺旋角、槽数、槽宽比和槽深比对两种轴承动特性的影响趋势基本一致,但影响程度略有不同；相同参数下,不等深斜面螺旋槽推力轴承动特性比等深螺旋槽推力轴承的动特性要好。 基于非线性油膜力、推力盘惯性力和外界动载荷平衡,建立了推力盘的运动方程。研究了阶跃载荷和矩形脉冲载荷作用下,推力盘与主轴系统的位移、速度和加速度以及油膜压力、最小油膜厚度和刚度阻尼系数随时间的变化规律。 最后,以轴向刚度和承载力为指标进行正交实验和方差分析,研究螺旋槽几何参数对轴承润滑性能的影响程度；以轴向刚度系数为目标,建立数学模型,通过MATLAB优化工具箱对螺旋槽几何参数进行优化。
【关键词】：螺旋槽 动压推力轴承 动态特性 参数优化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• CONTENTS8-11
• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题背景及意义14-15
• 1.2 流体润滑理论的基本内容15-16
• 1.2.1 流体润滑的分类15
• 1.2.2 流体润滑剂及粘度15-16
• 1.3 滑动轴承润滑理论研究现状16-21
• 1.3.1 流体润滑理论研究进展16-17
• 1.3.2 温升对推力轴承润滑性能的影响17-18
• 1.3.3 滑动轴承动特性研究进展18-19
• 1.3.4 瓦面形貌对动压推力轴承性能的影响19-21
• 1.4 本课题主要研究内容21-22
• 第2章 螺旋槽动压推力轴承建模22-30
• 2.1 螺旋槽推力轴承结构22-23
• 2.2 雷诺方程的建立23-26
• 2.3 边界拟合坐标系下的雷诺方程26-28
• 2.3.1 坐标变换26-27
• 2.3.2 边界拟合坐标系下的雷诺方程27-28
• 2.4 油膜厚度方程28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 螺旋槽动压推力轴承数值分析30-48
• 3.1 雷诺方程的边界条件30-31
• 3.2 数值法求解动压轴承压力分布31-38
• 3.2.1 网格划分及方程离散31-33
• 3.2.2 螺旋槽阶梯处的处理33-36
• 3.2.3 轴承基本参数及程序验证36-38
• 3.3 轴承静特性计算38-40
• 3.3.1 承载力计算38
• 3.3.2 摩擦力矩计算38-39
• 3.3.3 流量计算39
• 3.3.4 温升△T39-40
• 3.4 计算结果及分析40-46
• 3.4.1 压力分布与油膜厚度分布40-41
• 3.4.2 螺旋角对轴承静特性的影响41-43
• 3.4.3 槽数对轴承静特性的影响43-44
• 3.4.4 槽宽比对轴承静特性的影响44-45
• 3.4.5 槽深比对轴承静特性的影响45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 螺旋槽推力轴承动特性分析48-56
• 4.1 扰动压力计算48-50
• 4.1.1 准静态下的油膜厚度48-49
• 4.1.2 准静态下油膜压力49-50
• 4.2 轴承刚度系数和阻尼系数的计算50-51
• 4.3 扰动压力方程的求解及计算分析51-54
• 4.3.1 螺旋角对轴承动特性的影响52
• 4.3.2 槽数对轴承动特性的影响52-53
• 4.3.3 槽宽比对轴承动特性的影响53-54
• 4.3.4 槽深比对轴承动特性的影响54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 螺旋槽推力轴承瞬态特性分析56-66
• 5.1 基本方程的建立56-58
• 5.1.1 油膜瞬态压力方程56-57
• 5.1.2 推力盘的运动方程57-58
• 5.1.3 计算推力盘位移的欧拉方法58
• 5.2 计算实例58-61
• 5.3 动载荷对轴承瞬态特性的影响61-64
• 5.3.1 阶跃载荷对轴承瞬态特性的影响61-63
• 5.3.2 矩形脉冲载荷对轴承瞬态特性的影响63-64
• 5.4 本章小结64-66
• 第6章 螺旋槽推力轴承几何参数优化66-76
• 6.1 影响因素的显著性分析66-71
• 6.2 螺旋槽几何参数的优化设计71-74
• 6.2.1 建立数学模型71-72
• 6.2.2 MATLAB优化工具箱72-74
• 6.3 优化结果及分析74-75
• 6.4 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-85
• 附表85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：998094