高精度大型转子静平衡仪静压支承球面摩擦副研究

摘要

基于大尺度球面静压支承的大型转子静平衡仪由于其检测精度高、检测方便等优点必将取代传统的卧式大型转子静平衡仪。而球面静压支承球面副摩擦流动特性对静平衡仪的设计和检测精度有很重要的影响。 为此，本文结合与某船舶螺旋桨厂的合作项目：大型螺旋桨液压静平衡仪，对大型转子静平衡仪的球面摩擦副展开研究，为高精度大型转子静平衡仪的设计和实际开展静平衡检测提供一定的理论基础。 首先，本文对大型转子静平衡仪球面摩擦副的摩擦流动特性进行了研究，通过对承载能力、油腔压力、泄漏功耗和加工难易的分析，选择出了球面副合适的结构参数；推导出了球面副静态摩擦力矩的计算公式，并对球面副的支承特性和油膜刚度进行了分析，发现毛细管节流器、球面副结构参数对支承特性和油膜刚度有明显影响。 其次，本文对重载下静平衡仪球面副的油膜挤压效应进行分析，推导出了存在油膜挤压时的承载能力的表达式，并探讨了球面副结构参数对它的影响，分析了挤压时系统的阻尼问题，并探讨了球面副结构参数对挤压时间的影响。结果表明发生油膜挤压时系统阻尼为一变量。 再次，本文介绍了基于大尺度球面静压支承的大型转子静平衡仪的结构和原理，简化出了其悬浮系统的物理模型。在此基础上，建立了考虑内支撑筒的弹性变形与否时悬浮系统的数学模型，同时，建立了线性化的仿真模型，利用MATLAB对阶跃负载输入和油源压力脉动输入下的系统进行动态过程的数值仿真，结果表明球面副的结构参数，油液的有效体积弹性模数对系统的响应特性有明显的影响，而内支撑筒的弹性变形对悬浮系统的响应特性的影响很小，在工程上可以忽略其弹性变形。 最后，应用相似性原理，搭建了开展静平衡仪球面副摩擦机理研究的试验装置，完成了测量系统的设计，设计了测量静态摩擦力矩的方案，并讨论了测量油腔压力、泄漏量和油膜厚度的方法。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出及意义

1.1.1转子不平衡的危害

1.1.2当前大型转子静平衡检测的弊端

1.1.3球面静压支承在大型转子静平衡装置中的应用

1.1.4课题研究的意义

1.2转子静平衡检测技术的发展概况

1.3液压摩擦副的研究进展

1.3.1配流副的研究概况

1.3.2滑靴副的研究概况

1.3.3柱塞副的研究概况

1.3.4球铰副的研究概况

1.4摩擦副与静压支承关系

1.5开展本课题研究的必要性

1.6本课题拟研究的主要内容

第二章液压摩擦副的流体力学基础

2.1流体力学三大方程

2.1.1连续性方程

2.1.2伯努利方程

2.1.3动量方程

2.2平行平板流缝隙流

2.3同心环缝隙流

2.4油膜刚度理论

2.5缝隙流动的工程应用

2.5.1在液压泵和马达中的应用

2.5.2在静压支承中的应用

第三章大尺度球面摩擦副结构及流动摩擦特性

3.1球面副的结构形成

3.1.1无槽型

3.1.2有平衡槽型

3.2静压支承的工作原理

3.3球面副的承载能力分析

3.4球面副的泄漏特性分析

3.5球面副的压力分析与速度分析

3.6球面副的摩擦特性分析

3.7球面静压支承的支承特性分析

3.8静压支承球面副油膜刚度分析

3.9本章小结

第四章静平衡仪大尺度球面摩擦副油膜挤压效应

4.1存在挤压时油膜压力场表达式的推导

4.2考虑油膜挤压效应时球面副力平衡方程

4.2.1存在挤压时的油膜承载能力的计算

4.2.2存在挤压时的球面副力平衡方程

4.2.3存在挤压时的球面摩擦副阻尼分析

4.3油膜挤压时间的分析

4.4本章小结

第五章静平衡仪悬浮系统动态仿真

5.1控制系统计算机仿真介绍

5.2 MATLAB软件介绍

5.3应用静压支承的静平衡仪的结构特点、原理

5.4静平衡仪悬浮系统物理模型

5.5静平衡仪悬浮系统数学模型

5.5.1内支撑筒为完全刚性时系统数学模型

5.5.2考虑内支撑筒弹性变形时系统数学模型

5.6静平衡仪悬浮系统仿真模型

5.6.1内支撑筒为完全刚性时系统传递函数模型

5.6.2考虑内支撑筒弹性变形时系统传递函数模型

5.6.3静平衡仪悬浮系统的动态刚度

5.7悬浮系统仿真与响应分析

5.7.1内支撑筒为完全刚性时系统响应分析

5.7.2考虑内支撑筒弹性变形与否时系统响应比较分析

5.8本章小结

第六章静平衡仪球面副摩擦机理试验的设计

6.1引言

6.2相似准则

6.3球面副试验装置

6.3.1球面副试验装置的设计

6.3.2球面副试验装置的结构和原理

6.4试验装置测量系统

6.4.1传感器

6.4.2数据采集卡

6.4.3测试系统框图

6.5静平衡仪摩擦力矩的测定

6.5.1试验装置静摩擦力矩的测量

6.5.2静平衡仪球面副静摩擦力矩的换算

6.6静平衡仪球面副摩擦副其余参数的测定

6.7实际试验装置

6.8本章小结

第七章结束语

7.1研究工作总结

7.2课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间成果与论文

致谢