重型靜壓推力軸承是重型數(shù)控裝備的關(guān)鍵部件,其性能優(yōu)劣直接影響設(shè)備的加工質(zhì)量和運(yùn)行效率。由于國(guó)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,軸承本體及油膜的溫度隨工作臺(tái)轉(zhuǎn)速的升高而升高,使承載油膜變薄,進(jìn)而產(chǎn)生靜壓軸承變形導(dǎo)致潤(rùn)滑失效,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。因此,進(jìn)行重型靜壓推力軸承間隙油膜流場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及靜壓軸承的變形場(chǎng)(綜合物理場(chǎng))的研究是解決問題的關(guān)鍵。 本文在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外對(duì)靜壓推力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能計(jì)算、剛度特性、阻尼特性和實(shí)驗(yàn)裝置研究的基礎(chǔ)上,以多油墊圓導(dǎo)軌重型靜壓推力軸承為研究對(duì)象,對(duì)變粘度條件下的重型靜壓推力軸承綜合物理場(chǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究,主要包括以下幾個(gè)方面： 首先,在對(duì)兩平行平板和環(huán)形油墊的潤(rùn)滑機(jī)理研究基礎(chǔ)上,得到了簡(jiǎn)化后的靜壓推力軸承模型,以單個(gè)油墊為研究對(duì)象,利用計(jì)算流體力學(xué)、潤(rùn)滑理論、摩擦學(xué)理論,建立了間隙油膜的粘溫方程,并采用B-Spline曲線擬合出粘溫曲線,在此基礎(chǔ)上建立變粘度下重型靜壓推力軸承單個(gè)油墊上油膜相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,包括流量方程、承載能力方程、油膜剛度方程、摩擦力方程、摩擦功率方程及溫升方程。 其次,基于有限體積法,針對(duì)實(shí)際物理模型(由工廠提供數(shù)據(jù)建立的模型),在等粘度和變粘度條件下,分別對(duì)靜壓軸承間隙油膜的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行三維場(chǎng)特征分析,得到粘度對(duì)靜壓推力軸承性能的影響規(guī)律。 再次,在變粘度條件下又模擬了不同轉(zhuǎn)速及腔深條件下油膜的壓力場(chǎng)、動(dòng)壓及溫度場(chǎng)分布情況,揭示了轉(zhuǎn)速及油腔深度對(duì)油膜壓力場(chǎng)、動(dòng)壓及溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。同時(shí)在不同膜厚下數(shù)值模擬了油膜的溫度分布情況,探討了膜厚對(duì)油膜溫度場(chǎng)的影響情況。 另外,建立了重型靜壓推力軸承旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和多墊圓導(dǎo)軌底座的有限元模型,利用對(duì)油膜溫度場(chǎng)計(jì)算得到的數(shù)值模擬結(jié)果作為體載荷施加給工作臺(tái)及底座得到靜壓軸承熱變形�？紤]旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的自重及承載,把對(duì)油膜壓力場(chǎng)計(jì)算得到的數(shù)值模擬結(jié)果耦合到與油膜接觸的上、下環(huán)面上得到力變形。最終把力變形場(chǎng)與熱變形場(chǎng)疊加后得到靜壓推力軸承的總變形結(jié)果。 最后,為了驗(yàn)證本文所建數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬結(jié)果的正確性,在雙柱立式車床DVT1000×50/150Q-NC上,對(duì)不同工況下靜壓推力軸承的油膜壓力、油膜厚度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。結(jié)果表明：試驗(yàn)測(cè)得的油膜壓力值與數(shù)值模擬結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果比較吻合,說明了對(duì)靜壓推力軸承壓力場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果的可信性及理論數(shù)學(xué)模型建立的正確性；通過油膜厚度試驗(yàn)得到了工作臺(tái)、底座與油膜接觸的上、下面的變形情況,變形后的油膜在徑向上由內(nèi)側(cè)到外側(cè)呈喇叭形狀,這與通過有限元方法計(jì)算變形場(chǎng)得到的結(jié)論是一致的。 通過對(duì)重型靜壓推力軸承綜合物理場(chǎng)的研究,揭示了多油墊靜壓軸承間隙流體的流動(dòng)規(guī)律,探明了此類靜壓推力軸承的失效機(jī)理,為工程實(shí)際中靜壓推力軸承設(shè)計(jì)、仿真分析及性能研究提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

尺寸過大時(shí), 在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下可能會(huì)將空氣帶入到間隙油膜內(nèi)部, 使其動(dòng)剛度大大降低 "文 中對(duì) 目前工程上采用的定量式供油且有回油槽的圓導(dǎo)軌重型靜壓推力軸承為進(jìn)行研究, 圖2一1 為扇形腔多油墊圓導(dǎo)軌重型靜壓推力軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu) "月 S 匕 , 呂 . 1曲l二 全r !圖 2一1 靜壓潤(rùn)滑系統(tǒng)F ig.2一1 H ydrostatie lu bri eating system由于潤(rùn)滑理論已經(jīng) 比較成熟, 特別是在采用油類潤(rùn)滑全周的徑向滑動(dòng)軸承方面的設(shè)計(jì)計(jì)算 已經(jīng)有一個(gè)完整的方法 "但對(duì)于本文所研究的采用定量供油方式的多油墊開式圓導(dǎo)軌重型靜壓推力軸承的支承特性和間隙流體油膜壓力及溫度分布規(guī)律 以及軸承變形場(chǎng)的研究還尚屬空 白, 因此而要進(jìn)行此方面的研究, 不僅要分析靜壓軸承本身摩擦副的結(jié)構(gòu)特性, 更重要的是必須要對(duì)多油墊重型靜壓推力軸承的潤(rùn)滑機(jī)理進(jìn)行分析, 并建立靜壓推力軸承潤(rùn)滑油膜支承特性的數(shù)學(xué)模型, 從兩平行平板間的流動(dòng)及環(huán)形油腔平面油墊出發(fā)

平板長(zhǎng)度為l, 寬度為b "取平板中間為坐標(biāo)原點(diǎn), 與平板平行方向?yàn)閄 軸, 設(shè)流體平行于兩平板流動(dòng)且流速是沿著X 軸的正方向, 如圖2一2 所示 "lP側(cè)一- 8 卜峨一萬圖 2一2 固定平板 間流量計(jì)算簡(jiǎn)圖F ig .2 一2 F low e aleu latio n of tw o if xed P arallel Plan e在液流中取一小單元體, 其長(zhǎng)度為l, 寬度為 b , 厚度為Zy , 作用在小單元體上左邊 的壓力為lP , 右邊的壓力為pZ; 此外 , 由于流層之間的速度差, 而使小單元體上 ! 下面產(chǎn)生的摩擦力 (粘切

圖 2一5 圓臺(tái)間隙在靜壓推力軸承中的應(yīng)用P lieation of rfu stu m o f a eon e elearan ce in h ydrostatie th取一微體質(zhì)量m , 徑向?qū)挾葹閞d , 距離中心為方程 :m(:+rd斌一戈{: +卒辦 !- 一:))(!:+ed腳!二pr( +rd 戶尹方辦代入上式, 并忽略高次微分可d r嚴(yán) 姚 = 下廠ya的角速度"它和旋轉(zhuǎn)圓盤的角速度的關(guān)系, .! !, ,! 一,"代 八 上 式 石 , 得 :一刀J Zu 戶必2
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857800