本文關鍵詞：螺旋槽動壓推力軸承動態(tài)特性分析及參數(shù)優(yōu)化

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【摘要】：推力軸承為了獲得較好的流體動壓效果,通常會在工作面上加工一些具有特殊結構的槽或臺階以形成沿滑動速度方向收斂的楔形,利用其產生較強的動壓效應,進一步提高推力軸承的承載能力。同時合適的收斂型面有利于提高推力軸承的潤滑性能。在高速運轉條件下,螺旋槽推力軸承與其它類型推力軸承相比,具有更高的承載能力和較小的摩擦力。本文以不等深斜面螺旋槽推力軸承為模型,分析了螺旋槽幾何參數(shù)對其動靜特性的影響及其瞬態(tài)特性。以最大油膜剛度系數(shù)為目標,優(yōu)化了螺旋槽的幾何參數(shù),為螺旋槽推力軸承的設計奠定理論基礎。 首先,建立螺旋槽動壓推力軸承的數(shù)學模型。由于螺旋形槽線結構復雜,本文利用基于邊界擬合坐標系的坐標變換把螺旋區(qū)域變成扇形單元,在扇形單元上進行數(shù)值計算,并推導出坐標變換后的雷諾方程和油膜厚度方程。 其次,對螺旋槽動壓推力軸承進行數(shù)值分析。采用有限差分法編制MATLAB計算程序對軸承的潤滑性能進行數(shù)值模擬,并分析了螺旋角、槽數(shù)、槽寬比和槽深比對不等深斜面螺旋槽推力軸承和等深螺旋槽推力軸承靜特性的影響。 再次,推導出擾動壓力方程求解出擾動壓力,得到軸承的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù),并分析了螺旋角、槽數(shù)、槽寬比和槽深比對不等深斜面螺旋槽推力軸承和等深螺旋槽推力軸承動特性的影響。結果表明,螺旋角、槽數(shù)、槽寬比和槽深比對兩種軸承動特性的影響趨勢基本一致,但影響程度略有不同；相同參數(shù)下,不等深斜面螺旋槽推力軸承動特性比等深螺旋槽推力軸承的動特性要好。 基于非線性油膜力、推力盤慣性力和外界動載荷平衡,建立了推力盤的運動方程。研究了階躍載荷和矩形脈沖載荷作用下,推力盤與主軸系統(tǒng)的位移、速度和加速度以及油膜壓力、最小油膜厚度和剛度阻尼系數(shù)隨時間的變化規(guī)律。 最后,以軸向剛度和承載力為指標進行正交實驗和方差分析,研究螺旋槽幾何參數(shù)對軸承潤滑性能的影響程度；以軸向剛度系數(shù)為目標,建立數(shù)學模型,通過MATLAB優(yōu)化工具箱對螺旋槽幾何參數(shù)進行優(yōu)化。
【關鍵詞】：螺旋槽 動壓推力軸承 動態(tài)特性 參數(shù)優(yōu)化
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH133.3
【目錄】：

• CONTENTS8-11
• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 緒論14-22
• 1.1 課題背景及意義14-15
• 1.2 流體潤滑理論的基本內容15-16
• 1.2.1 流體潤滑的分類15
• 1.2.2 流體潤滑劑及粘度15-16
• 1.3 滑動軸承潤滑理論研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3.1 流體潤滑理論研究進展16-17
• 1.3.2 溫升對推力軸承潤滑性能的影響17-18
• 1.3.3 滑動軸承動特性研究進展18-19
• 1.3.4 瓦面形貌對動壓推力軸承性能的影響19-21
• 1.4 本課題主要研究內容21-22
• 第2章 螺旋槽動壓推力軸承建模22-30
• 2.1 螺旋槽推力軸承結構22-23
• 2.2 雷諾方程的建立23-26
• 2.3 邊界擬合坐標系下的雷諾方程26-28
• 2.3.1 坐標變換26-27
• 2.3.2 邊界擬合坐標系下的雷諾方程27-28
• 2.4 油膜厚度方程28-29
• 2.5 本章小結29-30
• 第3章 螺旋槽動壓推力軸承數(shù)值分析30-48
• 3.1 雷諾方程的邊界條件30-31
• 3.2 數(shù)值法求解動壓軸承壓力分布31-38
• 3.2.1 網格劃分及方程離散31-33
• 3.2.2 螺旋槽階梯處的處理33-36
• 3.2.3 軸承基本參數(shù)及程序驗證36-38
• 3.3 軸承靜特性計算38-40
• 3.3.1 承載力計算38
• 3.3.2 摩擦力矩計算38-39
• 3.3.3 流量計算39
• 3.3.4 溫升△T39-40
• 3.4 計算結果及分析40-46
• 3.4.1 壓力分布與油膜厚度分布40-41
• 3.4.2 螺旋角對軸承靜特性的影響41-43
• 3.4.3 槽數(shù)對軸承靜特性的影響43-44
• 3.4.4 槽寬比對軸承靜特性的影響44-45
• 3.4.5 槽深比對軸承靜特性的影響45-46
• 3.5 本章小結46-48
• 第4章 螺旋槽推力軸承動特性分析48-56
• 4.1 擾動壓力計算48-50
• 4.1.1 準靜態(tài)下的油膜厚度48-49
• 4.1.2 準靜態(tài)下油膜壓力49-50
• 4.2 軸承剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的計算50-51
• 4.3 擾動壓力方程的求解及計算分析51-54
• 4.3.1 螺旋角對軸承動特性的影響52
• 4.3.2 槽數(shù)對軸承動特性的影響52-53
• 4.3.3 槽寬比對軸承動特性的影響53-54
• 4.3.4 槽深比對軸承動特性的影響54
• 4.4 本章小結54-56
• 第5章 螺旋槽推力軸承瞬態(tài)特性分析56-66
• 5.1 基本方程的建立56-58
• 5.1.1 油膜瞬態(tài)壓力方程56-57
• 5.1.2 推力盤的運動方程57-58
• 5.1.3 計算推力盤位移的歐拉方法58
• 5.2 計算實例58-61
• 5.3 動載荷對軸承瞬態(tài)特性的影響61-64
• 5.3.1 階躍載荷對軸承瞬態(tài)特性的影響61-63
• 5.3.2 矩形脈沖載荷對軸承瞬態(tài)特性的影響63-64
• 5.4 本章小結64-66
• 第6章 螺旋槽推力軸承幾何參數(shù)優(yōu)化66-76
• 6.1 影響因素的顯著性分析66-71
• 6.2 螺旋槽幾何參數(shù)的優(yōu)化設計71-74
• 6.2.1 建立數(shù)學模型71-72
• 6.2.2 MATLAB優(yōu)化工具箱72-74
• 6.3 優(yōu)化結果及分析74-75
• 6.4 本章小結75-76
• 結論76-78
• 參考文獻78-84
• 致謝84-85
• 附表85

【參考文獻】

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本文編號：998094