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多通道高速旋转接头的开发和研究

王云懋  
【摘要】: 旋转接头系板材开卷机、卷取机涨缩机构、机床设备及工程装备上的关键部件。其作用是将流体介质输送管道与旋转、往复运动或摆(转)动某一角度的设备相连接,即保证连续不断向运转的设备、管道传递流体,又要防止流体介质互相串通、泄漏和外界杂物进入工作介质。在不同的应用场合,旋转接头可以有不同的结构,但无论结构如何变化都包括旋转部分、密封部分和静止部分。旋转部分与运转机械的旋转机构相连接,静止部分与介质源相连接,密封部分防止流体泄漏及互混。因此旋转接头的设计应以使用安全可靠、环保节能、寿命长、加工方便,体积小、重量轻为宗旨。 本文在查阅国内外的相关资料,在借鉴多种旋转接头的结构的基础上,分析了我国现有的多通道高速旋转接头转速低、寿命短的原因。在结构上大胆创新采用三油腔非对称静压轴承作为支撑,采用深沟球轴承作为连接部件,静止部分与旋转部分之间采用非接触密封机制。同时,采用有限元方法,借助于商用有限元软件Marc/Mentat对静压轴承进行了分析。通过分析对旋转接头的结构进行设计和优化。 在分析过程中,本文基于雷诺方程和有限元方法对静压轴承内部油膜进行了数学建模,建立有限元分析模型,通过Marc/Mentat的计算得出了油膜压力分布状况,计算得到了油膜的刚度和承载能力,并得到了轴瓦的外力分布状况。通过Ansys对芯轴作了模态分析得到了芯轴的固有频率及其振型,分析了芯轴偏心转动状况,通过对芯轴的谐响应分析得出了芯轴在持续的周期载荷(正弦激励)下产生的响应。 本文通过对有限元方法的求解思路和求解过程进行了相关介绍,得到了雷诺方程的有限元形式,通过有限元软件的计算机仿真得到了两通道高速旋转接头性能相关参数,并与理论分析进行了对比,并对其进行了结构的设计和参数的优化。


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