本文關(guān)鍵詞：單球滾動(dòng)止推軸承潤滑與摩擦磨損的機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：單球滾動(dòng)止推軸承是安裝在容積式壓油泵上的一種結(jié)構(gòu)簡單、加工容易的止推軸承。容積泵泵軸在工作過程中,容易產(chǎn)生軸向位移,從而形成泵軸的軸向竄動(dòng),該現(xiàn)象對泵整體運(yùn)行的平穩(wěn)性有很大的影響。為了消除泵軸運(yùn)行的不平穩(wěn)現(xiàn)象,設(shè)計(jì)出單球滾動(dòng)止推軸承,并應(yīng)用于容積泵中。該軸承利用容積泵吸取的介質(zhì)作為潤滑液,通過在球窩處的螺旋槽,形成階梯動(dòng)壓效應(yīng),從而產(chǎn)生克服泵軸軸向力的承載力。以特定型號(hào)容積式壓油泵上安裝的單球滾動(dòng)止推軸承作為研究對象,分析止推軸承存在的潤滑與摩擦磨損的形式,推導(dǎo)出止推軸承潤滑的雷諾方程、摩擦轉(zhuǎn)矩和承載力理論形式以及膜厚方程;利用遺傳算法對止推軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);然后利用流體分析軟件FLUENT對止推軸承球窩螺旋槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真分析,考慮空化效應(yīng)對止推軸承油膜承載性能的影響。在利用遺傳算法進(jìn)行止推軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中,選擇摩擦轉(zhuǎn)矩最小和最小油膜厚度最大作為目標(biāo)函數(shù),以兩軸間隙、球窩包角、油液粘度以及球窩曲率系數(shù)作為約束條件,利用MATLAB遺傳算法工具箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。先進(jìn)行單目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化,分別得到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值以及設(shè)計(jì)變量值,然后進(jìn)行多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化,得到多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值以及設(shè)計(jì)變量值。通過參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),為后文利用流體分析軟件進(jìn)行仿真分析時(shí)的模型建立提供了依據(jù)。利用FLUENT軟件對球窩螺旋槽結(jié)構(gòu)參數(shù)槽深、槽寬、螺旋角以及螺旋高度進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)研究。仿真結(jié)果表明:(1)槽深數(shù)值越大,螺旋槽的階梯動(dòng)壓效應(yīng)越明顯,正壓區(qū)面積越大,負(fù)壓區(qū)的面積越小;槽深40μm周向壓強(qiáng)分布明顯不同于其他槽深的周向壓強(qiáng)分布,而其他槽深的周向壓強(qiáng)部分變化不是很明顯;承載力和流量都是先增大后減小,兩者同時(shí)在槽深為160μm達(dá)到最大值。(2)槽寬0.6mm、0.7mm的壓力場分布基本相同,當(dāng)槽寬從0.7mm變化到0.8mm時(shí),壓力云圖正壓區(qū)面積發(fā)生突變,急劇變小,當(dāng)槽寬大于0.8mm時(shí),正壓區(qū)面積慢慢變大;周向壓強(qiáng)的變化趨勢是正壓區(qū)隨著槽寬增大而壓強(qiáng)變小,負(fù)壓區(qū)隨著槽寬增大而壓強(qiáng)變大;承載力在槽寬0.7mm~0.8mm處突變減小,其他區(qū)域的承載力隨著槽寬增大而增大,流量隨著槽寬的增大而增大。(3)油膜壓力場分布的正壓區(qū)面積隨著螺旋角增大而增大,負(fù)壓區(qū)面積隨著螺旋角增大而減小;周向壓強(qiáng)分布是在正壓區(qū)隨著螺旋角增大,壓強(qiáng)先減小再增大最后再減小,在負(fù)壓區(qū),隨著螺旋角增大,壓強(qiáng)先增大再減小最后再增大;承載力和流量都是隨著螺旋角增大而增大。(4)當(dāng)螺旋高度取值較小時(shí),本應(yīng)由螺旋槽分隔開的負(fù)壓區(qū),此時(shí)處于連通狀態(tài);油膜壓力場分布的總體變化趨勢是隨著螺旋高度增大正壓區(qū)面積增大,負(fù)壓區(qū)面積減小;當(dāng)螺旋高度在1.8mm~1.9mm之間時(shí),承載力基本沒有變化,當(dāng)螺旋高度大于1.9mm時(shí),承載力隨著螺旋高度的增大而增大;隨著螺旋高度的增大,所消耗的流量基本沒有變化。
【關(guān)鍵詞】：軸向力 滾球軸承 優(yōu)化設(shè)計(jì) 螺旋槽參數(shù) FLUENT
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH133.3;TH117
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題的背景及意義10-11
• 1.2 動(dòng)靜壓止推軸承的應(yīng)用現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 動(dòng)靜壓形成原理11-13
• 1.2.2 動(dòng)靜壓止推軸承的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 止推軸承研究方法概況14-16
• 1.3.1 有限差分方法概況14-15
• 1.3.2 CFD仿真方法概況15-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新之處16-18
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容16
• 1.4.2 創(chuàng)新之處16-18
• 第2章 止推軸承結(jié)構(gòu)及摩擦磨損理論分析18-31
• 2.1 止推軸承的結(jié)構(gòu)18-20
• 2.2 止推軸承潤滑與摩擦磨損狀態(tài)分析20-23
• 2.2.1 止推軸承潤滑狀態(tài)分析20-21
• 2.2.2 止推軸承的磨損分析21-23
• 2.3 止推軸承潤滑數(shù)值建模23-30
• 2.3.1 螺旋槽動(dòng)壓效應(yīng)分析23-25
• 2.3.2 雷諾方程的建立25-27
• 2.3.3 承載力及摩擦轉(zhuǎn)矩分析27-29
• 2.3.4 膜厚方程的建立29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 止推軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究31-46
• 3.1 優(yōu)化算法31-36
• 3.1.1 遺傳算法的優(yōu)點(diǎn)31-32
• 3.1.2 遺傳算法的運(yùn)算流程32-34
• 3.1.3 止推軸承優(yōu)化算法基本要素的確定34-36
• 3.2 基于遺傳算法止推軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)36-41
• 3.2.1 單球滾動(dòng)止推軸承設(shè)計(jì)概述36-38
• 3.2.2 確定設(shè)計(jì)變量38
• 3.2.3 目標(biāo)函數(shù)38-40
• 3.2.4 約束條件40-41
• 3.3 優(yōu)化結(jié)果分析41-45
• 3.3.1 摩擦轉(zhuǎn)矩最小的優(yōu)化結(jié)果分析42
• 3.3.2 最小油膜厚度最大的優(yōu)化結(jié)果分析42-43
• 3.3.3 多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果分析43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 止推軸承性能仿真分析46-76
• 4.1 建立計(jì)算模型46-47
• 4.2 計(jì)算模型的求解設(shè)置47-51
• 4.2.1 定義材料性質(zhì)48-49
• 4.2.2 設(shè)置邊界條件參數(shù)49
• 4.2.3 設(shè)置滑移網(wǎng)格模型49-51
• 4.2.4 求解51
• 4.3 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速對軸承油膜壓力場分布的影響51-54
• 4.4 螺旋槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸承油膜壓力分布的影響54-64
• 4.4.1 槽深對油膜壓力分布的影響54-56
• 4.4.2 槽寬對油膜壓力分布的影響56-59
• 4.4.3 螺旋角對油膜壓力分布的影響59-61
• 4.4.4 螺旋高度對油膜壓力分布的影響61-64
• 4.5 螺旋槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對軸承承載性能的影響64-69
• 4.5.1 槽深對軸承承載性能的影響64-66
• 4.5.2 槽寬對軸承承載性能的影響66-67
• 4.5.3 螺旋角對軸承承載性能的影響67-68
• 4.5.4 螺旋高度對軸承承載性能的影響68-69
• 4.6 空化效應(yīng)對止推軸承性能的影響69-75
• 4.6.1 多相流模型的選擇70-72
• 4.6.2 空化模型的選擇72-74
• 4.6.3 仿真結(jié)果對比分析74-75
• 4.7 本章小結(jié)75-76
• 第5章 總結(jié)與展望76-79
• 5.1 全文總結(jié)76-78
• 5.2 展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：406847