固定瓦-可倾瓦组合轴承表面织构优化及主动控制的研究

摘要

随着旋转机械向高转速、高精度、高服役性能等方向发展，轴承的润滑特性与轴承-转子系统的运行稳定性受到了广泛的关注。因此，本文的研究工作主要集中在两方面，以固定瓦-可倾瓦组合轴承为研究对象，一方面在其表面加工织构井优化织构参数以改善润滑性能，另一方面设计振动控制装置以提高轴承-转子系统的稳定性能。 具体的研究内容包括以下几个方面: 1、以固定瓦-可倾瓦组合轴承为研究对象，建立具有球形和圆柱形凹坑织构的Reynolds方程，基于有限差分法求解油膜力，进而求解无量纲轴承承载力和摩擦力。在此基础上分析了不同织构形状(球形和圆柱形凹坑织构)、织构参数(数量、面积率、最大深度等)、织构位置等对固定瓦-可倾瓦组合轴承润滑性能的影响。 2、构建织构化的固定瓦-可倾瓦组合轴承的优化模型，以承载力最大和摩擦力最小为优化目标，运用遗传算法对球形凹坑织构的分布位置和织构参数进行了全局寻优，得到了给定工况条件下分布位置和织构参数的最优组合，对比了瓦块不同织构方式(未织构、部分织构和全织构)时轴承的承载力和摩擦力，从而获得最优的织构方式。 3、建立了求解固定瓦-可倾瓦组合轴承动力特性的模型，进一步分析组合轴承-转子系统的非线性动力行为及稳定性，基于有限差分法得到油膜力，利用Runge-Kutta法计算固定瓦-可倾瓦组合轴承-转子系统的动力特性，并采用Poincaré 映射、轴心轨迹和时间历程等分析了不同转速和不同系统参数下轴承-转子系统的动力学响应。 4、为了进一步改善固定瓦-可倾瓦组合轴承-转子系统的稳定性，建立基于主动润滑的可倾瓦轴承的动力学模型和主动润滑Reynolds方程，利用有限差分法和Runge-Kutta法计算了主动润滑下可倾瓦轴承的油膜力，设计了基于PID控制的电液控制系统，分析PID控制时的动力学响应，并与未加主动控制时的动力学特性进行了对比。 上述研究为固定瓦-可倾瓦组合轴承的表面织构设计、织构参数优化和轴承-转子系统中的稳定性问题提供了理论参考。

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4.1 引言

4.2 基于有限差分法求解非线性油膜力

4.2.2 油膜力的计算

4.3 固定瓦-可倾瓦组合轴承-转子系统的动力学方程

4.4 数值算例

4.4.1 系统参数对固定瓦-可倾瓦组合轴承-转子系统的影响

4.4.2 固定瓦-可倾瓦组合轴承-转子系统的动力学响应分析

4.5 本章小结

5.1 引言

5.2 主动润滑控制系统的设计

5.2.1 主动润滑组合轴承的油膜厚度

6.1 全文结论

6.2 研究展望

致谢