【摘要】： 靜壓推力軸承是重型數(shù)控加工設(shè)備的主要部件，它的性能優(yōu)劣直接影響設(shè)備的加工質(zhì)量和運(yùn)行效率。隨著各種先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，特別是高速切削技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于加工設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速要求越來越高。國產(chǎn)重型數(shù)控加工設(shè)備目前存在的主要問題是工作臺(tái)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度較國外同類產(chǎn)品低，生產(chǎn)效率低，加工精度差。如何提高大型數(shù)控加工設(shè)備工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)精度、加工效率和加工精度，提高國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是目前非常迫切的任務(wù)之一。工作臺(tái)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度和精度是由靜壓推力軸承性能的理論計(jì)算、設(shè)計(jì)、加工和裝配等多種因素決定的。對(duì)于靜壓推力軸承多采取類比設(shè)計(jì)，沒有進(jìn)行系統(tǒng)的和較精確的數(shù)值計(jì)算，沒有一個(gè)完整具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序和關(guān)鍵技術(shù)。由于國內(nèi)大型零件機(jī)械加工精度達(dá)不到要求，使得靜壓軸承工作時(shí)摩擦副間的間隙不均勻，在高速重載的工況下局部產(chǎn)生干摩擦或邊界潤滑，導(dǎo)致靜壓軸承局部溫升，油膜破裂，進(jìn)而產(chǎn)生局部變形，使油墊的實(shí)際結(jié)構(gòu)偏離理論設(shè)計(jì)模型，限制了轉(zhuǎn)速。 為了探明大尺度恒流多油墊開式靜壓支承盤軸承的力學(xué)性能和油膜的壓力狀態(tài)、流動(dòng)狀態(tài)和溫度分布情況，在黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目(GC05A512)“重型立式數(shù)控車床工作臺(tái)靜壓支承軸承研究”和教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(20050214001)“重型數(shù)控機(jī)床自適應(yīng)推力軸承的研究”的資助下，本文以大尺度(回轉(zhuǎn)直徑D＞10m)恒流多油墊開式靜壓支承盤為研究對(duì)象，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和潤滑理論，對(duì)于扇形油腔的研究提出將該模型簡(jiǎn)化為環(huán)形平面間隙和矩形平面平板流動(dòng)的假設(shè)，使得理論計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際流動(dòng)情況，減小了理論計(jì)算結(jié)果的誤差，對(duì)于圓形油腔的研究，提出等面積當(dāng)量半徑的概念，利用等面積圓的面積替代油墊大扇形的面積，簡(jiǎn)化了模型力學(xué)性能參數(shù)的推導(dǎo)。利用流體力學(xué)計(jì)算軟件FLUENT對(duì)油膜的壓力狀態(tài)、流動(dòng)狀態(tài)和溫度場(chǎng)進(jìn)行三維綜合數(shù)值模擬分析，揭示了恒流和恒轉(zhuǎn)速情況下圓形腔和扇形腔的腔面積和腔深對(duì)摩擦副的力學(xué)性能和油膜的壓力狀態(tài)、流動(dòng)狀態(tài)和溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。在10米立式數(shù)控車床上實(shí)測(cè)了油膜壓力、油膜厚度和溫度分布，通過試驗(yàn)驗(yàn)證理論計(jì)算和數(shù)值模擬所得結(jié)論的正確性，，進(jìn)而通過理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方式探明了此類支承的摩擦學(xué)行為和失效機(jī)理，為此類支承的模型預(yù)報(bào)、仿真、設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了一種行之有效的方法。
【圖文】：

2.4圓形腔多油墊定量供油靜壓推力軸承力學(xué)性能的基本方程和公式2.4.1等面積當(dāng)量半徑的概念圓形腔結(jié)構(gòu)如圖2一9所示。由于瓦面的形狀為扇形，而油腔的形狀為圓形，對(duì)該形腔的力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算十分困難，為了計(jì)算方便，依據(jù)該類型形腔的流動(dòng)性質(zhì)，提出了等面積當(dāng)量半徑的概念，即將瓦面大扇形的面積用等面積的圓形表示，此時(shí)的等面積圓的半徑即為當(dāng)量半徑，通過等面積當(dāng)量半徑簡(jiǎn)化了軸承力學(xué)性能參數(shù)公式的推導(dǎo)過程。此時(shí)模型視為環(huán)形油腔平面油墊，考慮壓差流、旋轉(zhuǎn)速度和油流質(zhì)量慣性力的影響，推導(dǎo)出該假設(shè)情況條件時(shí)的力學(xué)性能公式。經(jīng)驗(yàn)證推導(dǎo)出的下列方程符合重型大尺度圓形腔多油墊定量供油靜壓推力軸承的實(shí)際工作情況，所以通過等面積當(dāng)量半徑簡(jiǎn)化了軸承力學(xué)性能參數(shù)公式的推導(dǎo)過程。圖2一9圓形腔結(jié)構(gòu)Flg.2一 9StrUctrueofcireul

東北林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文結(jié)果分別如圖4一1至圖4一10所示。易;篡槳、臺(tái)陸產(chǎn)蕊弓人汾汀仰飛門.、自悶1平戶陽月弋a(chǎn)l州自月5尸認(rèn)一M6卜2分場(chǎng)r、六岡日心卜一l端9夕協(xié)悶，州尹‘ 111吵·朗〕、護(hù)肚.咐。一〕犯巴一」-取中叩氣氣呼L一二引.附IJ協(xié)奮叫〔城萬吸比擴(kuò)饑3陽即份1州。.，油21飛.洲王C招。。一切3，弓p月陰碑e刁，十囪5祀價(jià)于網(wǎng)卜好?戶，以戶b廿兮壽以石悶門它卜以弓l比卜閱 1LZ崢卜l少幾，1，七l〔E
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH133.3

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本文編號(hào)：2655853