【摘要】：隨著現(xiàn)代機械設備向大型化、高速、高精度、重載等方向發(fā)展,液體潤滑動靜壓軸承得到越來越廣泛的應用。動靜壓軸承在其靜壓油腔的進油路上采用節(jié)流器作為調(diào)節(jié)元件,節(jié)流器對動靜壓軸承的靜、動態(tài)性能起著重要的作用。為了解決傳統(tǒng)節(jié)流方式中固定節(jié)流器承載性能及油膜剛性差、可變節(jié)流器的動態(tài)特性較差等問題,本文創(chuàng)新性地提出了一種新型節(jié)流方式的動靜壓軸承——基于液壓伺服控制的動靜壓軸承,該軸承采用液壓伺服控制方式實現(xiàn)了節(jié)流方式由固定節(jié)流或可變節(jié)流到按需可控節(jié)流的轉(zhuǎn)變。本文的研究成果及主要內(nèi)容如下: ①分析了液壓伺服控制動靜壓軸承系統(tǒng)的組成及工作原理,建立了軸承力學性能的雷諾方程;采用有限差分法對不同節(jié)流方式下的靜壓、動靜壓軸承的靜態(tài)性能進行了求解,采用MATLAB軟件計算軸承油膜壓力場;建立動靜壓軸承的靜態(tài)性能解析法模型,實現(xiàn)了解析計算;采用FLUENT軟件求解軸承的靜態(tài)性能;對上述三種方法的求解進行了對比分析。實例證明,三種方法均能有效求解軸承的壓力場及靜態(tài)特性,三油腔動靜壓軸承和三油腔階梯動靜壓軸承相比于四油腔靜壓軸承具有較高的承載能力和油膜剛性,液壓伺服控制的動靜壓軸承具有較高的油膜剛性和承載能力。 ②建立了動靜壓軸承溫度場的數(shù)學模型,對能量方程進行離散及迭代計算,分別采用數(shù)值計算法和流體力學分析軟件FLUENT求解幾種結構形式的動靜壓軸承的溫度場分布。實例結果表明:兩種方法計算出來的結果接近,比較符合實際運行工況。 ③闡述了動靜壓軸承油膜剛度和油膜阻尼形成的機理,提出了8個動力特性系數(shù),探討了動力特性系數(shù)的求解方法——有限差分法和作圖解析法,有效地求解了不同節(jié)流方式下和不同腔形結構的靜壓、動靜壓軸承動力特性系數(shù)。實例結果表明:兩種方法計算結果比較接近;三油腔階梯動靜壓軸承具有較高的油膜剛度和阻尼系數(shù),能大大提高軸承的運行性能。此外,還分析了軸承主軸在受到外界擾動時軸心運動軌跡的數(shù)學模型,推導了動載作用下主軸軸心軌跡的運動方程。實例計算表明:當主軸在恒定載荷作用下受到外界干擾時,在干擾消除后,軸心按一定軌跡回到原有初始平衡位置。 ④研究靜壓軸承節(jié)流機理,建立了毛細管、小孔、薄膜反饋、滑閥反饋節(jié)流方式下靜壓軸承的承載性能及油膜剛度解析式,并通過實驗驗證上述節(jié)流方式下軸承的承載能力及油膜剛性。提出了采用流量平衡方程法和線性化法推導上述四種節(jié)流方式下軸承的動態(tài)特性傳遞函數(shù),得到動態(tài)特性方塊圖,實現(xiàn)動態(tài)仿真。仿真結果表明:固定節(jié)流方式下軸承的動態(tài)性能較好,而可變節(jié)流方式下軸承的動態(tài)響應速度偏慢、動態(tài)超調(diào)量偏大。 ⑤分析研究液壓伺服控制動靜壓軸承的動態(tài)特性。首先從分析單自由度液壓伺服控制的靜壓軸承入手,建立了相應的動態(tài)特性數(shù)學模型;其次,采用線性化法和動力特性系數(shù)相結合的方法推導兩自由度液壓伺服控制的動靜壓軸承動態(tài)特性方塊圖。在此基礎上,探索前后徑向軸承、主軸等多自由度交叉耦合的主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動態(tài)特性傳遞函數(shù)的分析求解方法,實現(xiàn)了一系列的仿真分析。仿真結果表明:液壓伺服控制的靜壓、動靜壓軸承具有較為理想的動態(tài)特性。 本文開展的液壓伺服控制動靜壓軸承設計理論中的研究方法和研究成果,對于開發(fā)適用于高速、高精度、重載等領域的新型動靜壓軸承提供了重要的參考及理論價值,是液體潤滑軸承理論創(chuàng)新的一次探索,對于軸承設計理論將產(chǎn)生重要的推動作用。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

b 主軸負載模型圖 2.3 液壓伺服控制動靜壓系統(tǒng)的物理力學模型.3 The mechanical model of the hybrid bearing system controlled by hydrauli體潤滑基本理論定的條件下，兩摩擦表面可以被一薄層粘性流體完全分開，并壓力平衡外載荷，這種狀態(tài)稱為流體動力潤滑。對于潤滑學的就已展開。1883年，英國Tower對火車輪軸的滑動軸承作了實驗中有流體動壓現(xiàn)象存在[106]。同一年，俄國的H.∏. ∏etpoB[107]發(fā)16

流體靜力潤滑是靠外部油泵把壓力油送入支承面，把兩表面隔開，從而建立潤滑膜支承外載荷。工作時，壓力油由供油孔進入油腔，然后從間隙周圍流出，如圖2.4示。在流體靜力潤滑軸承中，油膜的承載能力取決于軸承的尺寸、供油壓力sp 、間隙 h 、潤滑油粘度η 、節(jié)流器的參數(shù)等，而與兩表面間的相對運動速度U無關。因此，它能在很高或很低的速度下可靠地工作[111]。圖2.4 流體靜力潤滑（靜壓軸承）中的油膜Fig.2.4 The oil film of the the hydrostatic lubrication （hydrostatic bearing）2.3.2 流體動力潤滑形成的基本原理流體動力潤滑是由摩擦表面的幾何形狀和相對運動，借助粘性流體動力學作用，使其產(chǎn)生潤滑油膜壓力支持外載荷。根據(jù)兩表面幾何形狀、相對運動速度和承載區(qū)表面變形等不同，又分為以下幾種[111]：① 靠兩表面間的收斂楔形間隙形成流體動力潤滑在流體動力潤滑中，這是最普遍的。如圖2.5示

【引證文獻】

相關期刊論文 前2條

1 劉輝;林玲;常軍然;唐宏;王軍鋒;;提高GQM2136球磨機生產(chǎn)效率的改進設計[J];煤礦機械;2011年04期

2 董增勇;李偉;;微型動靜壓軸承FLUENT仿真研究[J];輕工機械;2012年03期

相關碩士學位論文 前4條

1 趙宗琴;基于毛細管節(jié)流的階梯腔動靜壓軸承靜動態(tài)特性研究[D];重慶大學;2011年

2 董增勇;微型動靜壓主軸溫度對動態(tài)特性影響的理論與實驗研究[D];浙江工業(yè)大學;2012年

3 周利俊;油膜軸承試驗臺系統(tǒng)研制[D];華南理工大學;2013年

4 張旭濤;五自由度轉(zhuǎn)向器整車模擬試驗臺的研究[D];長春理工大學;2013年

本文編號：2734373