液體懸浮主軸以其高回轉(zhuǎn)精度、高動(dòng)態(tài)剛度、高阻尼減振性和長(zhǎng)壽命等性能優(yōu)勢(shì),在高速精密機(jī)床領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。液體懸浮主軸日益發(fā)展成將機(jī)床主軸功能與電機(jī)功能從結(jié)構(gòu)上融為一體的新型電主軸單元,它省去了復(fù)雜中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),具有調(diào)速范圍寬、振動(dòng)噪聲小、可快速啟動(dòng)和準(zhǔn)停等優(yōu)點(diǎn),不僅可極高提高生產(chǎn)率,而且可顯著提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。小徑高速液體懸浮主軸是現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)“凹面型凸輪”高效精密磨削裝備的核心功能部件,但兼具高效率和高精度的小徑高速液體懸浮主軸國(guó)內(nèi)外迄今闕如。為進(jìn)一步適應(yīng)超高速精密加工的需要,小徑高速液體懸浮主軸不僅迫切需要解決高速化和結(jié)構(gòu)集成化帶來(lái)的軸承溫升控制,而且還面臨解決受主軸結(jié)構(gòu)尺寸和高速下軸承油膜溫升制約的主軸系統(tǒng)剛度提升的技術(shù)難題。本文提出以表面微結(jié)構(gòu)技術(shù)來(lái)調(diào)控小徑高速液體懸浮主軸軸承系統(tǒng)熱動(dòng)力性能的學(xué)術(shù)思想,建立了基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的液體懸浮軸承熱動(dòng)力潤(rùn)滑理論分析與設(shè)計(jì)方法,探討了軸承工作參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、微結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)與分布參數(shù)對(duì)液體懸浮軸承的油膜流場(chǎng)特性與熱動(dòng)力潤(rùn)滑基本性能的影響規(guī)律和優(yōu)化匹配準(zhǔn)則,開(kāi)發(fā)了兼具高承載剛度和低溫升特性的小徑高速液體懸浮電主軸并進(jìn)行了綜合性... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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摘要
Abstract
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附表索引
符號(hào)表
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 液體動(dòng)靜壓軸承關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.3 表面微結(jié)構(gòu)流體動(dòng)力潤(rùn)滑研究現(xiàn)狀
        1.3.1 表面微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)
        1.3.2 表面微結(jié)構(gòu)動(dòng)力潤(rùn)滑理論與實(shí)驗(yàn)研究
    1.4 有待解決的問(wèn)題
    1.5 主要研究?jī)?nèi)容
第2章 液體懸浮軸承熱動(dòng)力潤(rùn)滑理論模型與計(jì)算方法
    2.1 引言
    2.2 流體動(dòng)力學(xué)基本控制方程
        2.2.1 連續(xù)方程
        2.2.2 動(dòng)量方程
        2.2.3 能量方程
        2.2.4 控制方程的通用形式
        2.2.5 狀態(tài)方程
    2.3 基于有限體積法的控制方程離散
        2.3.1 流動(dòng)與傳熱問(wèn)題求解的基本思想
        2.3.2 計(jì)算域的離散化
        2.3.3 控制方程的離散化
        2.3.4 邊界條件
        2.3.5 離散方程的通用形式
    2.4 代數(shù)方程組的求解方法
        2.4.1 壓力方程的推導(dǎo)
        2.4.2 壓力修正方法
    2.5 基于CFD的動(dòng)力潤(rùn)滑分析的驗(yàn)證
        2.5.1 雷諾方程及其基本假設(shè)
        2.5.2 基于Reynolds方程的階梯滑塊軸承性能計(jì)算公式
        2.5.3 基于CFD的階梯滑塊軸承計(jì)算模型
        2.5.4 CFD數(shù)值解與解析解的對(duì)比分析
    2.6 本章小結(jié)
第3章 孔口進(jìn)油高速動(dòng)靜壓徑向軸承熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性研究
    3.1 引言
    3.2 孔口進(jìn)油高速動(dòng)靜壓徑向軸承的CFD計(jì)算模型
        3.2.1 徑向軸承結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定
        3.2.2 軸承油膜網(wǎng)格模型
        3.2.3 邊界條件與計(jì)算參數(shù)的確定
    3.3 高速動(dòng)靜壓徑向軸承油膜流場(chǎng)特性分析
        3.3.1 工作參數(shù)對(duì)油膜流場(chǎng)的影響
        3.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)油膜流場(chǎng)的影響
    3.4 高速動(dòng)靜壓徑向軸承的基本性能分析及綜合參數(shù)優(yōu)化
        3.4.1 高速動(dòng)靜壓徑向軸承的基本性能分析
        3.4.2 多排孔進(jìn)油動(dòng)靜壓軸承的參數(shù)綜合優(yōu)化
    3.5 基于雷諾方程的動(dòng)靜壓軸承性能計(jì)算公式
        3.5.1 單排孔進(jìn)油軸承
        3.5.2 多排孔進(jìn)油軸承
    3.6 解析求解與CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析
    3.7 本章小結(jié)
第4章 環(huán)形腔高速靜壓止推軸承熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性研究
    4.1 引言
    4.2 高速靜壓止推軸承的CFD計(jì)算模型
        4.2.1 軸承結(jié)構(gòu)類(lèi)型及參數(shù)
        4.2.2 軸承油膜網(wǎng)格模型
        4.2.3 邊界條件與計(jì)算參數(shù)的確定
    4.3 高速靜壓軸承止推的流場(chǎng)特性分析
        4.3.1 工作參數(shù)對(duì)軸承流場(chǎng)特性的影響
        4.3.2 油腔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)軸承流場(chǎng)特性的影響
    4.4 高速靜壓止推軸承基本性能分析及參數(shù)綜合優(yōu)化
        4.4.1 工作參數(shù)對(duì)靜壓止推軸承基本性能的影響及綜合優(yōu)化
        4.4.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜壓止推軸承基本性能的影響及綜合優(yōu)化
    4.5 考慮油流慣性效應(yīng)的高速靜壓止推軸承的解析理論模型
        4.5.1 柱面坐標(biāo)下N-S方程的簡(jiǎn)化
        4.5.2 軸承油膜的壓力分布
        4.5.3 軸承基本性能計(jì)算公式
        4.5.4 算例的解析解與CFD數(shù)值解的對(duì)比分析
    4.6 基于最低溫升約束的靜壓止推軸承油腔深度的優(yōu)化
        4.6.1 只計(jì)油膜離心慣性力的油膜壓力數(shù)學(xué)模型
        4.6.2 集總參數(shù)假設(shè)下的油膜功耗數(shù)學(xué)模型
        4.6.3 最低溫升約束下最佳腔深的確定
        4.6.4 算例結(jié)果分析
    4.7 本章小結(jié)
第5章 表面微結(jié)構(gòu)熱動(dòng)力潤(rùn)滑效應(yīng)機(jī)理研究
    5.1 引言
    5.2 表面微結(jié)構(gòu)的類(lèi)型及其數(shù)學(xué)模型
        5.2.1 凹坑型表面微結(jié)構(gòu)
        5.2.2 溝槽型表面微結(jié)構(gòu)
    5.3 表面微結(jié)構(gòu)單元的動(dòng)力潤(rùn)滑機(jī)理研究
        5.3.1 表面微結(jié)構(gòu)單元模型及邊界條件
        5.3.2 表面微結(jié)構(gòu)單元的動(dòng)壓力建立過(guò)程
    5.4 具有部分表面微結(jié)構(gòu)的滑塊軸承的動(dòng)力潤(rùn)滑機(jī)理研究
        5.4.1 具有部分表面微結(jié)構(gòu)滑塊模型及邊界條件
        5.4.2 油膜壓力分布及承載能力
        5.4.3 摩擦力與摩擦系數(shù)
        5.4.4 微結(jié)構(gòu)參數(shù)影響分析
    5.5 基于CFD的三維微結(jié)單元熱動(dòng)力潤(rùn)滑機(jī)理研究
        5.5.1 微結(jié)構(gòu)單元的CFD計(jì)算網(wǎng)格模型
        5.5.2 微結(jié)構(gòu)單元的邊界條件及CFD計(jì)算參數(shù)
        5.5.3 微結(jié)構(gòu)單元熱動(dòng)力潤(rùn)滑流場(chǎng)特性分析
        5.5.4 微結(jié)構(gòu)單元幾何參數(shù)對(duì)熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性的影響分析
    5.6 本章小結(jié)
第6章 表面微結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)液體懸浮軸承系統(tǒng)熱動(dòng)力潤(rùn)滑特性的影響研究
    6.1 引言
    6.2 具有表面微結(jié)構(gòu)的液體懸浮軸承的CFD計(jì)算模型
        6.2.1 具有表面微結(jié)構(gòu)的徑向軸承
        6.2.2 具有表面微結(jié)構(gòu)的止推軸承
    6.3 表面微結(jié)構(gòu)對(duì)液體懸浮軸承的流場(chǎng)特性的影響
        6.3.1 微結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)徑向軸承油膜流場(chǎng)的影響
        6.3.2 微結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)止推軸承油膜流場(chǎng)的影響
    6.4 微結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)與分布參數(shù)對(duì)液體懸浮軸承性能的影響分析
        6.4.1 微結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)及分布參數(shù)對(duì)徑向軸承性能的影響分析
        6.4.2 微結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)與分布參數(shù)對(duì)止推軸承性能的影響分析
    6.5 本章小結(jié)
第7章 小徑高速液體懸浮電主軸回轉(zhuǎn)精度與剛度特性實(shí)驗(yàn)研究
    7.1 引言
    7.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器
        7.2.1 小徑高速液體懸浮電主軸試驗(yàn)臺(tái)
        7.2.2 信號(hào)采集與分析系統(tǒng)
        7.2.3 測(cè)量?jī)x器
    7.3 實(shí)驗(yàn)原理與方案
        7.3.1 實(shí)驗(yàn)原理
        7.3.2 實(shí)驗(yàn)方案
    7.4 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容
        7.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>        7.4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
    7.5 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論
        7.5.1 液體懸浮電主軸回轉(zhuǎn)精度特性分析
        7.5.2 液體懸浮電主軸剛度特性分析
    7.6 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A (攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄)
附錄B (攻讀博士學(xué)位期間所獲得的國(guó)家專(zhuān)利)
附錄C (攻讀博士學(xué)位期間所參加的科研項(xiàng)目)


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]PDMS表面織構(gòu)潤(rùn)滑特性的研究[J]. 姜亮,馬國(guó)亮,王曉雷.  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2010(03)
[4]斜排微孔端面機(jī)械密封富集效應(yīng)的理論研究[J]. 劉鑫,彭旭東,孟祥鎧,鐘偉明,古通生.  化工學(xué)報(bào). 2010(02)
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[7]多孔扇形分布端面機(jī)械密封性能的數(shù)值分析[J]. 趙中,彭旭東,盛頌恩,白少先,李紀(jì)云.  化工學(xué)報(bào). 2009(04)
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