球体研磨机双油膜转子系统开发及特性研究

论文摘要

双自转研磨盘球体研磨机是用于批量加工高精度球的重要装备。双转子转盘的轴承作为旋转支承件,对球体研磨机的加工精度具有重要影响。现有的双自转研磨盘球体研磨机都采用滚动轴承,具有摩擦磨损大、精度寿命有限、寿命分布离散、减振性差等固有缺点。液体静压轴承由于具有精度高、寿命长、减振性好等优异性能,是替代滚动轴承的理想方案,但应用于双自转球体研磨机还存在整体结构布局困难、双层供油难以实现、立式结构油液密封困难、双油膜轴承流场性能和承载特性优化困难等技术难题,迫切须要进行针对性的系统深入地研究。本文根据球体研磨机双自转研磨盘独特结构,开发了双油膜静压转子系统。该系统为外主轴采用空心结构,内主轴位于外主轴内;外轴承紧固于壳体内,内轴承嵌于外主轴内壁。针对内轴承随外主轴同步旋转,供油难以形成的难题,提出了在外主轴外表面开设环形油槽以实现内轴承四个油腔同时供油的新方法。针对球磨机采用双转子立式结构,提出利用高压气流的屏障作用有效克服回油槽的油向下渗漏的气密封方式,弥补了传统机械密封方式难以实现有效密封的弱点。建立了利用CFD方法的小孔节流无周向回油槽静压径向轴承计算模型和小孔节流环形油腔静压止推轴承油膜流场数值计算模型;探讨了符合无周向回油槽静压径向轴承和环形腔静压止推轴承油膜几何尺度特征的离散网格划分与边界条件及计算参数选择的方法,采用非结构网格与分块划法及网格尺寸函数确保了径向轴承和止推轴承三维油膜网格的协调性,以实现计算效率与计算精度的综合最优。利用所建立的模型和CFD计算方法系统研究了径向轴承供油压力、偏心率和进油孔径对流场分布的影响规律;研究了轴承间隙、节流孔径和供油压力对轴承承载能力、刚度和流量的影响规律;揭示了供油压力和节流孔径等对低速重载环形腔静压止推轴承油膜流场形态与静态特性的影响规律。对现有文献工程计算方法和本课题提出的双油膜静压转子动态特性数值研究方法进行了比较研究。研究表明,根据本课题数值模拟方法计算的结果能够反映双油膜静压转子的工程特征,可以作为双油膜静压转子系统动态性能分析和优化的基本方法。本文提出的研究方法和研究的相关结果为球体研磨机双油膜静压转子系统设计和动态性能分析提供了重要参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外相关技术领域的研究现状
• 1.2.1 球体研磨机的研究现状
• 1.2.2 液体静压轴承的研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 球体研磨机双油膜转子系统开发
• 2.1 双油膜转子轴系的整体布局
• 2.2 双油膜转子轴系的油路设计
• 2.2.1 外轴承油路设计
• 2.2.2 内轴承油路设计
• 2.3 双油膜转子轴系的密封
• 2.4 本章小结
• 第3章 双油膜轴承特性的分析方法
• 3.1 流体静压润滑的理论基础
• 3.1.1 连续方程
• 3.1.2 动量方程
• 3.1.3 控制方程
• 3.2 理论计算方法
• 3.2.1 流量公式
• 3.2.2 设计参数
• 3.2.3 承载面积
• 3.2.4 承载能力和刚性
• 3.2.5 轴承消耗的功率
• 3.2.6 轴承的温升
• 3.3 数值模拟方法
• 3.3.1 基本假设
• 3.3.2 双油膜径向轴承的系统建模
• 3.3.3 双油膜止推轴承的系统建模
• 3.3.4 参数选取
• 3.4 本章小结
• 第4章 双油膜转子系统径向轴承特性研究
• 4.1 双油膜径向轴承的流场分析
• 4.1.1 供油压力对压力场和速度场的影响
• 4.1.2 偏心率对压力场和速度场的影响
• 4.1.3 节流孔径对压力场和速度场的影响
• 4.2 双油膜径向轴承的静态特性分析
• 4.2.1 轴承间隙对径向轴承静态特性影响
• 4.2.2 节流孔径对双油膜径向轴承静态特性影响
• 4.2.3 供油压力对双油膜径向轴承静态特性影响
• 4.3 CFD仿真结果与理论计算结果比较
• 4.3.1 轴承间隙对双油膜径向轴承静态特性影响对比
• 4.3.2 节流孔径对双油膜径向轴承静态特性影响对比
• 4.3.3 供油压力对双油膜径向轴承静态特性影响对比
• 4.4 本章小结
• 第5章 双油膜转子系统止推轴承特性研究
• 5.1 双油膜止推轴承的流场分析
• 5.1.1 供油压力对压力场和速度场的影响
• 5.1.2 节流孔径压力场和速度场的影响
• 5.2 双油膜止推轴承的静态特性分析
• 5.2.1 节流孔径对双油膜止推轴承静态特性影响
• 5.2.2 供油压力对双油膜止推轴承静态特性影响
• 5.3 CFD仿真结果与理论计算结果比较
• 5.3.1 节流孔径对双油膜止推轴承静态特性影响对比
• 5.3.2 供油压力对双油膜止推轴承静态特性影响对比
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B （攻读学位期间所参加的科研项目）
• 附录C （攻读学位期间所申请的专利目录）