發(fā)布時(shí)間：2017-10-15 08:33

  本文關(guān)鍵詞：基于反求的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：動(dòng)壓徑向軸承被廣泛應(yīng)用于各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。隨著現(xiàn)代機(jī)械向大型化、高速化和高性能方向發(fā)展，對(duì)于滑動(dòng)軸承性能的要求也不斷提高。對(duì)動(dòng)壓徑向軸承的研究工作開始深入到軸承的承載力、穩(wěn)定性、溫升、功耗、以及側(cè)漏流速等流體動(dòng)力特性以及其對(duì)三維楔形間隙的要求和影響規(guī)律等深層次問題。為了獲得優(yōu)良性能的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，本文提出了一種基于反求的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)反設(shè)計(jì)方法、形狀幾何參數(shù)化及形狀優(yōu)化進(jìn)行了研究。本課題來源于國家自然基金項(xiàng)目，主要的研究工作及成果如下： ①對(duì)大量的有關(guān)動(dòng)壓軸承形狀反求設(shè)計(jì)或者優(yōu)化設(shè)計(jì)文獻(xiàn)進(jìn)行了研究和分析，，選用快速尋優(yōu)算法—遺傳算法作為有效的動(dòng)壓軸承形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)算法。 ②分析軸承動(dòng)壓潤滑原理，建立了動(dòng)壓軸承靜特性和動(dòng)特性三維數(shù)值仿真模型。采用先進(jìn)的現(xiàn)代數(shù)學(xué)軟件MATLAB編寫了有限差分程序，分別對(duì)動(dòng)壓軸承進(jìn)行了靜特性和動(dòng)特性響應(yīng)分析。通過對(duì)比文獻(xiàn)結(jié)果，從而證明了數(shù)值仿真程序的準(zhǔn)確性、有效性和可行性。 ③應(yīng)用CFD軟件FLUENT和COMSOL Multiphysics對(duì)具有通用膜厚方程的動(dòng)壓軸承建立有限元數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了靜特性仿真分析，得出了動(dòng)壓滑動(dòng)軸承壓力場分布、油泄和功率損失。通過對(duì)比CFD軟件與數(shù)值算法計(jì)算結(jié)果，從而驗(yàn)證了通用膜厚方程理論的正確性和數(shù)值算法的可行性。 ④利用通用泛函型線理論建立油膜厚度方程，以承載力和油膜壓力為目標(biāo)，以遺傳算法為反求算法，通過矩陣變換或者積分法轉(zhuǎn)換油膜厚度的三維空間，通過增加油膜方程離散點(diǎn)構(gòu)建可變維數(shù)設(shè)計(jì)空間的三維反求模型，對(duì)理想軸承油膜分布進(jìn)行了反求設(shè)計(jì)，從而獲得性能優(yōu)越的動(dòng)壓軸承的輪廓線方程，應(yīng)用實(shí)例分析證明了動(dòng)壓軸承的反求設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性性和可行性；為了提高軸承的穩(wěn)定性能，以失穩(wěn)角速度為優(yōu)化目標(biāo)，以反求設(shè)計(jì)的結(jié)果為初始設(shè)計(jì)變量，以承載力和最小油膜厚度為限制條件，優(yōu)化設(shè)計(jì)出在某工況下穩(wěn)定性最好的軸承型線方程，從而使動(dòng)壓軸承的臨界失穩(wěn)轉(zhuǎn)速提高了33.45%，為動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)壓徑向軸承 反求設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 通用型線 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH133.31
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究背景10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述11-13
• 1.3.1 動(dòng)壓軸承形狀改良和修型11-12
• 1.3.2 動(dòng)壓軸承型線的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法12-13
• 1.4 課題研究主要內(nèi)容及意義13-15
• 1.4.1 課題研究目的13
• 1.4.2 研究內(nèi)容13
• 1.4.3 創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)路線13-15
• 2 動(dòng)壓徑向軸承的動(dòng)壓潤滑15-27
• 2.1 動(dòng)壓潤滑原理15-17
• 2.2 Reynolds 方程17-18
• 2.3 關(guān)于 Reynolds 方程的數(shù)值計(jì)算法18-24
• 2.3.1 差商表達(dá)式的簡單導(dǎo)出18-19
• 2.3.2 超松弛迭代法和收斂準(zhǔn)則19-20
• 2.3.3 對(duì)稱問題的處理20-21
• 2.3.4 邊界條件的納入21-24
• 2.4 軸承潤滑的靜特征24-26
• 2.4.1 潤滑油膜承載力的計(jì)算方法24-26
• 2.4.2 偏位角26
• 2.4.3 軸承端泄流量26
• 2.4.4 軸承摩擦力與摩擦系數(shù)26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 3 CFD 軟件建模及仿真分析27-39
• 3.1 數(shù)值模擬方法和分類27-28
• 3.1.1 有限差分法（FDM）27
• 3.1.2 有限容積法（ＦＶＭ）27-28
• 3.1.3 有限元法（FEM）28
• 3.2 動(dòng)壓軸承型線幾何理論28-30
• 3.3 仿真分析模型30-31
• 3.4 FLUENT 數(shù)學(xué)模型的建立與結(jié)果比較31-35
• 3.4.1 仿真分析流程圖31-32
• 3.4.2 GAMBIT 建立網(wǎng)格模型32-33
• 3.4.3 承載力分析與數(shù)值結(jié)果比較33-35
• 3.5 COMSOL Multiphysics 數(shù)學(xué)模型的建立與結(jié)果比較35-38
• 3.5.1 數(shù)學(xué)模型的建立36
• 3.5.2 承載力分析與數(shù)值結(jié)果比較36-38
• 3.6 本章小結(jié)38-39
• 4 動(dòng)壓滑動(dòng)軸承型線方程反求設(shè)計(jì)39-55
• 4.1 Reynolds 方程的逆解39
• 4.2 反求算法流程圖39-40
• 4.3 基于傅里葉級(jí)數(shù)的通用泛函型線理論40-41
• 4.4 遺傳算法的簡介41-43
• 4.4.1 遺傳算法的優(yōu)點(diǎn)41-42
• 4.4.2 遺傳算法的執(zhí)行步驟42-43
• 4.4.3 收斂43
• 4.5 方程系數(shù)和方程離散點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換43-46
• 4.5.1 矩陣變換法44-45
• 4.5.2 積分法45-46
• 4.6 遺傳算法反求軸承型線方程46-47
• 4.7 實(shí)例分析47-53
• 4.7.1 以承載力為目標(biāo)的反求47-49
• 4.7.2 以油膜壓力為目標(biāo)的反求49-53
• 4.8 本章小結(jié)53-55
• 5 基于反求設(shè)計(jì)的軸承穩(wěn)定性優(yōu)化55-67
• 5.1 求解承載力和失穩(wěn)角速度55-57
• 5.2 優(yōu)化模型57-58
• 5.2.1 目標(biāo)函數(shù)58
• 5.2.2 設(shè)計(jì)變量58
• 5.2.3 約束條件58
• 5.3 優(yōu)化算法及流程圖58-59
• 5.4 實(shí)例分析59-64
• 5.5 本章小結(jié)64-67
• 6 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 總結(jié)67-68
• 6.2 展望68-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 附錄75
• A 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄75
• B 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目75

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