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径-推联合浮环动静压轴承设计及试验装置研究

张永宇  
【摘要】: 随着科技不断进步,工业发展对机械转子系统的要求越来越高,需要高精度、低功耗、高稳定性的轴承作为系统支承件,并朝着高速重载的方向发展;要求在高速和低速时都具有较高的承载力和较好的动态性能,有较宽的低速范围和无摩擦工作区域,较高的位置精度和旋转精度等。径-推联合浮环动静压轴集静压轴承和动压轴承的优点于一体,而且在轴颈与轴瓦之间加入了径-推联合浮环,使轴承径向部分和推力部分的油膜分别从单膜变为双膜,因而该轴承又具有浮环轴承的优点,同时结构紧凑。 径-推联合浮环动静压轴承即能承受径向载荷又能承受轴向载荷。轴承径向部分和推立部分均采用深浅腔结构,深腔可使轴承在启动时具有较好的静压承载性能及较小的摩擦力矩,而且在高速时保证供给足够的润滑油。深腔与浅腔及浅腔与封油面之间均采用阶梯结构形式,可使该轴承在高速运转时产生较大的动压承载力。该轴承采用深腔缝隙节流配合浅腔二次节流的节流形式,不仅具有更好的静、动压特性,也有效地避免了节流器阻塞。轴承在工作时,主轴与浮环之间形成内油膜,即主支撑油膜。浮环与轴承之间形成外油膜,相对于内油膜而言,外油膜可以认为是一种有用的附加弹性支撑。 本文在考虑流体惯性项的径-推联合浮环动静压轴承Reynolds方程的基础上,经过有限元计算分析设计了一套径-推联合浮环动静压轴承,并制造了轴承试件及供油系统、加载装置等,以便利用动态激振法及其它试验方法对轴承系统的静、动特性进行了深入研究。 一、首先建立了径-推联合浮环和动静压轴承径向部分和推力部分内外膜数学模型,并从理论上导出了静、动特性计算公式,用有限元法计算了内外膜压力场分布及静动特性参数,并且以这些参数为依据设计了该套轴承。 二、研究了以深浅腔缝隙节流的径-推联合浮环动静压轴承在紊流工况下内外膜压力场变化。采用普遍的考虑流体紊流效应的经验方法,在得到计入迁移惯性项的径-推联合浮环动静压轴承非定常Reynolds方程的基础上,通过在方程左端项加入紊流因子的影响建立相应的紊流Reynolds方程。采用有限元法分别求得轴承径向部分和推力部分内外膜的压力场分布,从而可进一步研究其静、动特性。 郑州大学硕士学位论文 三、用动态激振法研究了轴承径向部分内、9懈洪16个冈帼抑阻尼系数以及推 力部分内、5懈咖4个动Bfor和动阻尼系数。锤击激振产生的’J琐励是一单位脉冲输 入,其中包含了各种频率成分。可由加睫渡转憾器和凶割劫践酬颓帼振号经频谱分 析后将所得增益值和相角代人由轴承动力学模型得出的矩阵方程中,经矩桩运算可得 出轴承系斯舶瞰储牲系数试验值。 四、为了s昭对径推联合浮环动静压轴承进行试验方面的研究,本文针对轴承 试验方案和试验装置方面进行了研究,并解决了轴承试件加工过程中的难点工艺问 题。 — —————“——”、“——”——W 能的基础,在以往的径④滑动轴承的性能试验测试中,主要是在径刚睛盼扮颅腻。 haw中,了如ae向和轴向同印o床戌, 这在以往的滑动轴承实验?是未@有过的。而女何进行轴刚闻雄十技术难点通过合 理设计的一套轴向oNng以解诀。 根据轴承设村算及分析结果加工$糙了一菩没推联合浮环嫡…和 主轴系统,根据试验方法和试验装置0工$雌了配套的尤流量供油 嗽 ——。 以上轴承设计计算分析禾oijLgQ:wn-与实验方法的研究为径—推联合俘环动敲压轴 承的进一步试验研究及实际应用奠定了基础。 本文完成的工作是国家自然科学在b卜基金项目“径才绷关合浮环动静压轴承静、 动特牲研究”工作中的一部分。


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