锥形静压轴承流场的数值模拟及性能分析

论文摘要

锥形静压轴承是一种向心推力联合轴承,独特之处是能同时承受径向和轴向载荷,与圆柱和圆盘组成的静压轴承相比,占空间小、结构简单,摩擦功耗小、温升低,推力受离心力的影响小,工艺性好、轴承间隙易调整,也易获得较好的动静压混合轴承的特性,是很有前途和较高使用价值的一种可系列化的静压轴承。所以,无论在低速重载还是在高转速、高精度场合均有应用,因此对锥形静压轴承的性能分析和结构优化显的尤为重要。为了模拟锥形间隙流场,首先应用三维造型软件UG对锥面间流场进行立体建模,再通过parasolid导入GAMBIT划分网格,最后在FLUENT中利用CFD原理,选择层流模型,不可压缩流体,及分离式求解器进行迭代计算。并用后处理器分析结果。通过对不同油膜厚度、不同锥半角下无偏心和有偏心的锥形静压轴承进行模拟,得到了锥面间隙内润滑油的压力分布、速度分布以及温度分布的三维图形,并分析计算出了轴承承载能力、轴向刚度、径向刚度、径向力和轴向力的比值、质量流量、温升、摩擦力等随轴承参数变化的曲线图,得到以下结论:1.锥形静压轴承径向承载力的变化对其轴向承载力的影响较小。2.径向承载力和径向油膜刚度随转速的增大而增大,其动静压混合特性越明显,承载能力越高。3.通过对温度场的模拟,确定了转速、锥半角、温升三者的关系,为锥轴承设计及确定转速提供了理论基础。4.径向承载力系数受锥半角的影响较小,受偏移量的影响较大。这些数据为锥形静压轴承的设计选型提供了理论依据。同时为静压轴承在满足刚度的基础上降低功耗和温升提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 锥形静压轴承的工作原理及数学模型的建立
• 2.1 计算流体力学概述及离散方法简介
• 2.1.1 计算流体力学概述
• 2.1.2 通用控制方程的离散
• 2.1.3 FLUENT求解流程
• 2.2 锥形静压轴承介绍
• 2.2.1 锥型静压轴承的优点
• 2.2.2 锥型静压轴承的布置形式
• 2.2.3 锥型静压轴承的工作原理
• 2.2.4 温度对锥形静压轴承的影响
• 2.2.5 基本假设及计算条件
• 2.2.6 锥形静压轴承的控制方程
• 2.3 本章小结
• 第3章 锥形静压轴承模型建立与网格划分
• 3.1 锥形静压轴承的主要参数
• 3.2 建立锥形静压轴承结构模型
• 3.3 网格划分方法的确定
• 3.4 边界条件的设定与求解
• 3.5 本章小结
• 第4章 锥形静压轴承内部流场的模拟结果及分析
• 4.1 无偏心环形油腔模型的模拟结果
• 4.2 无偏心轴向承载力和油膜刚度随锥半角的变化
• 4.3 比较MATLAB和FLUENT所计算的轴向压力和承载力
• 4.4 有偏心模型的模拟结果
• 4.5 有偏心锥形静压轴承的承载力及刚度
• 4.5.1 径向承载力和径向油膜刚度随转速的变化
• 4.5.2 轴向承载力和轴向油膜刚度随锥半角的变化
• 4.6 有偏心径向承载力系数和轴向承载力系数
• 4.7 流量随锥半角及偏心距的变化
• 4.8 温度场和摩擦力
• 4.9 温度对油腔及封油面上的压力的影响
• 4.10 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢