基于毛细管节流的阶梯腔动静压轴承静动态特性研究

论文摘要

随着现代机械向大型化、高性能、高速化方向发展,动静压径向轴承在各种旋转机械中已经得到了广泛的应用。动静压轴承承载力大,运行稳定可靠,润滑性能直接影响到轴承所支承的机器运行的可靠性和寿命。目前,国内外许多学者也在积极开展动静压轴承的研究工作,但迄今为止,对于动静压轴承的研究尚处于探索阶段,还没有形成相对完善、成熟的理论方法。为了更为有效的利用动静压轴承,研究动静压轴承的内部运行机理和特性,进而优化动静压轴承的结构设计十分必要。本文重点展开对基于毛细管节流的动静压轴承特性的研究,主要研究内容和成果包括以下几个方面:①分析基于毛细管节流的阶梯腔动静压轴承组成及工作原理,并比较阶梯腔轴承较其它腔形动静压轴承和动压轴承能形成更好的阶梯腔动压效应。建立轴承-主轴系统力学性能的数学模型。②基于MATLAB软件,用有限元法对阶梯腔动静压轴承的压力分布进行求解,计算轴承油膜压力分布;比较阶梯腔动静压轴承的阶梯腔深度变化对油膜压力分布的影响,并求出具有最佳阶梯效应的滑动轴承的阶梯腔深度。③论述了动静压轴承动力系数（油膜刚度系数和油膜阻尼系数）的形成机理,并利用有限差分法求出了8个动力特性系数。最后根据所求出的动力系数,对轴承进行了稳定性判断。④在GAMBIT中建立模拟动静压阶梯腔轴承内部三维流动的数学模型及边界条件,并利用FLUENT软件,选用层流模型,分离式求解器对轴承的压力分布和温度分布进行求解。通过计算实例比较,用FLUENT计算的压力分布和温度分布与数值法计算的结果相近,与实际运行工况比较符合。并分析了轴承的偏心率变化时对最大压力、最大温升、承载力及偏位角的影响。本文开展的基于毛细管节流的阶梯腔动静压轴承的研究方法和研究成果,对于开发新型的动静压轴承可提供参考,对动静压轴承的结构设计及运行状况的研究具有指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景和选题意义
• 1.2 动静压混合油膜轴承的研究现状
• 1.3 论文的研究内容
• 2 动静压轴承润滑理论基础
• 2.1 滑动轴承的分类
• 2.1.1 液体静压轴承
• 2.1.2 液体动压轴承
• 2.1.3 液体动静压轴承
• 2.2 液体轴承中常用的节流器
• 2.2.1 常用节流器分类
• 2.2.2 各种节流器的适用范围
• 2.3 流体润滑基本理论
• 2.3.1 实际轴承的工作特性
• 2.3.2 流体润滑的基本方程
• 2.3.3 层流和湍流
• 2.4 雷诺方程的求解
• 2.4.1 轴承间隙函数
• 2.4.2 无限宽轴承
• 2.4.3 无限窄轴承
• 2.4.4 有限宽轴承
• 2.5 滑动轴承涡动的形成
• 3 基于有限元法的阶梯腔动静压轴承压力分析
• 3.1 Reynolds 方程和承载力的无量纲形式
• 3.2 阶梯腔动静压轴承的有限元分析
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 积分表达式
• 3.2.3 区域剖分
• 3.2.4 确定单元基函数
• 3.2.5 单元分析
• 3.2.6 总体合成
• 3.2.7 边界条件的处理
• 3.2.8 解有限元方程
• 3.3 三种腔形结构轴承的压力比较
• 3.4 不同阶梯腔深度轴承的油膜压力计算
• 3.5 偏心率变化对滑动轴承最大压力的影响
• 4 阶梯腔动静压轴承的稳定性计算
• 4.1 油膜刚度和阻尼
• 4.2 油膜的稳定性计算
• 4.3 结论
• 5 基于 CFD 的阶梯腔轴承特性分析
• 5.1 CFD 介绍
• 5.1.1 FLUENT 概述
• 5.1.2 FLUENT 计算过程
• 5.2 动静压轴承的FLUENT 计算
• 5.2.1 轴承模型的建立
• 5.2.2 导入FLUENT 进行计算
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 压力分布计算
• 5.3.2 温度分布计算
• 5.3.3 承载力计算
• 5.4 结论
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的项目