磁力加载式船舶尾轴轴承试验台设计

摘要

船舶尾轴轴承是船舶推进轴系的重要组成部分，它在船舶上的应用必须经过验证。通过轴承试验台进行模拟试验，是准确研究和掌握轴承润滑特性的有效方法。那么设计一套船舶尾轴试验装置进行轴承效用验证、润滑剂效用验证等具有很高的现实意义。传统的轴承试验装置通常采用机械、液压的加载方式模拟轴承负荷，这种型式的加载方式存在不易实现负荷的动态调节和控制，尤其是加载力不能反应生产实际中动负荷。随着电磁技术的发展，电磁轴承越来越多的运用到工程各个领域，它能通过控制电磁力将轴稳定在工作点。因此提出基于电磁轴承原理，设计以磁力作为加载力的轴承试验装置，这种型式能有效克服具有传统加载方式的试验装置的缺点。
　　本文的主要研究内容如下:
　　(1)从船舶尾轴轴承动压润滑原理着手，分析证明尾轴轴承在工作状态下，尾轴轴承承受各种负荷时，因动压润滑产生的油膜力将轴稳定在轴承内某一位置。这样的尾轴的位置与负荷之间关系，建立了通过轴的位置来反应负荷的理论基础。
　　(2)分析加载装置的数学模型，确定电磁力与线圈电流和气隙长度之间关系，而气隙长度为铁芯与轴之间的距离。因此转轴在同一工作位置工作时，电磁力对轴承的作用效果与外负荷对轴承的作用效果一致，证明了用电磁力模拟外负荷的可行性。
　　(3)通过目标负荷，完成磁力加载装置的相关参数设计，并进行电磁铁的加载能力校核。
　　(4)根据加载装置的状态方程，结合电磁加载的具体参数，结合系统本身特点设计控制系统。
　　(5)完成除加载部分外的轴承试验台设计。
　　小结:本文创新性的将电磁轴承原理运用到船舶工业，为船舶尾轴承结构设计、材料选用及尾轴润滑介质筛选等试验设备建设提出新思路，本设计也为选用电磁轴承的运用扩展到船舶工业做技术探索。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本论文的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轴承试验装置

1．2．2 磁力装置

1．3 主要研究内容

第二章 尾轴承润滑理论分析

2．1 船舶尾轴系统

2．2 船舶尾轴动压润滑

2．2．1 压力分布方程

2．2．2 承载量计算

2．3 本章小结

第三章 电磁加载原理

3．1 船舶尾轴承磁力加载装置基本原理

3．2 铁磁材料特性

3．2．1 磁导率

3．2．2 磁滞性

3．3 船舶尾轴承磁力加载系统单自由度数学模型与分析

3．3．1 磁力加载系统基本组成

3．3．2 系统基本假设

3．3．3 系统数学模型的建立

3．4 本章小结

第四章 电磁加载装置

4．1 电磁铁的结构配置

4．2 电磁铁吸力计算

4．3 本章小结

5．1 控制方法

5．1．1 状态观测器方法

5．1．2 最优控制方法

5．1．3 智能控制方法

5．1．4 鲁棒控制方法

5．1．5 数字控制

5．2 控制方式

5．3 磁力加载装置控制系统设计

5．3．1 加载系统闭环控制模型

5．3．2 加载系统PID控制基本原理

5．3．3 加载系统PID控制器的参数整定与仿真

5．4 本章小结

第六章 尾轴轴承试验台系统

6．1 主轴尺寸选择基本模型

6．2 驱动机构

6．3 位置传感器

6．4 油膜压力采集

6．5 数据采集与控制

6．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献