本文關(guān)鍵詞：液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性與油膜穩(wěn)定性分析

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【摘要】：液體動(dòng)靜壓軸承以其高回轉(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)，在高速精密磨削機(jī)床領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。隨著電主軸轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，電主軸系統(tǒng)出現(xiàn)刮瓦、抱軸等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。同時(shí)，電主軸系統(tǒng)在高速工作狀態(tài)下，還會(huì)發(fā)生動(dòng)靜壓軸承的一種特有故障-油膜振蕩問(wèn)題，易導(dǎo)致油膜失穩(wěn)。高速電主軸系統(tǒng)振動(dòng)和穩(wěn)定性分析關(guān)鍵就在于液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性計(jì)算。本文在總結(jié)了前人大量的研究工作的基礎(chǔ)上，研究了基于CFD的高效液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性與油膜穩(wěn)定性分析方法。本文工作主要內(nèi)容包括： 首先，，本文建立了液體動(dòng)靜壓軸承的CFD計(jì)算模型，并確定了求解模型的計(jì)算條件；此外，還建立基于動(dòng)網(wǎng)格的有限體積法控制方程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算域改變引起的非定常流動(dòng)的求解；并研究了嵌入U(xiǎn)DF的動(dòng)網(wǎng)格更新方法以更新瞬態(tài)計(jì)算中動(dòng)靜壓軸承油膜網(wǎng)格，從而解決了因軸頸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的網(wǎng)格扭曲變形問(wèn)題。 其次，本文采用基于動(dòng)網(wǎng)格模型的剛度阻尼計(jì)算方法對(duì)液體動(dòng)靜壓軸承的動(dòng)力特性系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算及分析。通過(guò)編寫(xiě)的自定義程序來(lái)定義軸頸位置變動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參量，并基于動(dòng)網(wǎng)格模型實(shí)現(xiàn)軸頸位置變動(dòng)過(guò)程中油膜網(wǎng)格更新，通過(guò)求解N-S方程得到軸頸位置變動(dòng)前后的瞬態(tài)油膜力，然后結(jié)合差分計(jì)算模型，求得動(dòng)靜壓軸承油膜動(dòng)力特性系數(shù)。接著，通過(guò)對(duì)比擾動(dòng)位移和擾動(dòng)速度對(duì)瞬態(tài)油膜力的影響，來(lái)界定計(jì)算油膜動(dòng)力特性系數(shù)時(shí)擾動(dòng)位移和速度的合理取值范圍，并對(duì)比分析了轉(zhuǎn)速與供油壓力對(duì)液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性系數(shù)的影響。 最后，提出了基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的流固耦合計(jì)算方法計(jì)算動(dòng)靜壓軸承非線性軸心軌跡，根據(jù)軸心軌跡信息評(píng)判油膜穩(wěn)定性。該方法首先建立動(dòng)靜壓軸承軸心軌跡的運(yùn)動(dòng)方程，然后采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)動(dòng)靜壓軸承流場(chǎng)進(jìn)行非線性瞬態(tài)計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)載荷作用下的非線性軸心軌跡。最后，通過(guò)對(duì)某復(fù)雜轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性的分析對(duì)本文方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文方法能夠準(zhǔn)確分析復(fù)雜轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性并可求得其軸心軌跡。此外，對(duì)比研究了不同轉(zhuǎn)速和供油壓力下的軸心軌跡，根據(jù)軸心軌跡的靜平衡位置、振動(dòng)幅值、頻譜特征分析油膜穩(wěn)定性，接著分析了轉(zhuǎn)速和供油壓力對(duì)油膜穩(wěn)定性的影響。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)靜壓軸承 CFD 動(dòng)網(wǎng)格 油膜穩(wěn)定性 流固耦合 軸心軌跡
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 選題背景與研究意義10-11
• 1.2 液體動(dòng)靜壓軸承的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 液體動(dòng)靜壓軸承油膜穩(wěn)定性分析研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 課題來(lái)源及研究?jī)?nèi)容14-16
• 1.3.1 課題來(lái)源14
• 1.3.2 本文研究的主要內(nèi)容14-16
• 第2章 液體動(dòng)靜壓軸承計(jì)算模型16-25
• 2.1 計(jì)算模型的建立與流場(chǎng)計(jì)算16-20
• 2.1.1 網(wǎng)格的確定16-18
• 2.1.2 計(jì)算方法的確定18-19
• 2.1.3 欠松弛因子與收斂精度的確定19
• 2.1.4 液體動(dòng)靜壓軸承穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)計(jì)算19-20
• 2.2 基于動(dòng)網(wǎng)格的有限體積法20-22
• 2.2.1 控制方程21
• 2.2.2 動(dòng)網(wǎng)格更新方式21-22
• 2.3 嵌入 UDF 的動(dòng)網(wǎng)格更新方法22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性計(jì)算與分析25-37
• 3.1 液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性系數(shù)計(jì)算方法25-29
• 3.1.1 剛度阻尼的差分計(jì)算模型26-27
• 3.1.2 瞬態(tài)油膜力計(jì)算27-28
• 3.1.3 油膜網(wǎng)格扭曲抑制28-29
• 3.2 剛度阻尼擾動(dòng)范圍的界定29-31
• 3.2.1 擾動(dòng)速度范圍的確定29-30
• 3.2.2 擾動(dòng)位移范圍的確定30-31
• 3.3 某典型結(jié)構(gòu)液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性系數(shù)的計(jì)算與分析31-36
• 3.3.1 動(dòng)力特性系數(shù)的計(jì)算31-32
• 3.3.2 主軸轉(zhuǎn)速對(duì)軸承動(dòng)力特性的影響32-34
• 3.3.3 供油壓力對(duì)軸承動(dòng)力特性的影響34-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 液體動(dòng)靜壓軸承油膜穩(wěn)定性分析37-56
• 4.1 軸心軌跡計(jì)算37-43
• 4.2 穩(wěn)定性分析43-55
• 4.2.1 轉(zhuǎn)速對(duì)油膜穩(wěn)定性的影響43-50
• 4.2.2 供油壓力對(duì)油膜穩(wěn)定性的影響50-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 致謝62-63
• 附錄 A(攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文)63-64
• 附錄 B(攻讀學(xué)位期間所參加的科研項(xiàng)目)64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：609476