复合织构滑动轴承动态特性研究

摘要

滑动轴承作为一种重要的机械基础件，其动态性能对整机机械系统稳定性有重要的影响。统计表明，滑动轴承在使用过程中易出现油膜涡动，进而导致转子振动，从而带来轴承及转子的疲劳失效。近年来，表面加工技术快速发展，使得通过表面织构改善轴承性能成为可能，然而目前常用的织构大部分为单层织构，其对轴承性能的提升作用有限。为突破这种限制，在重庆市自然科学基金项目(项目编号：cstc2016jcyjA3090)资助下，本文开展了具有双层孔的复合织构对滑动轴承动态特性影响研究，论文主要工作如下：　　首先，建立了复合织构化滑动轴承动态特性分析模型，并对比研究了单层及复合织构对滑动轴承动特性系数及轴承-转子系统临界失稳速度的影响差异。为此，利用快速傅里叶变换方法求解弹性变形，并使用有限差分法对动态特性模型进行求解。研究表明：具有合理尺寸和布置的复合织构相对于单层织构能有效改善轴承油膜的部分动态特性系数，进而增大轴承-转子系统的临界失稳速度。　　进而，建立了计入气穴及轴承热的复合织构化滑动轴承动态特性研究模型，同时对比了气穴及润滑剂热作用对轴承油膜动态特性的影响。进一步，在计入气穴及轴承热作用下，研究了复合织构布置位置、尺寸对轴承油膜动态特性及轴承-转子系统的临界失稳速度的影响。结果表明：气穴及润滑剂热作用使轴承油膜动态特性系数及系统临界失稳速度降低；位置布置合理且尺寸适当的复合织构可有效提高轴承部分刚度系数及增大轴承-转子系统的临界失稳速度。　　接着，基于BP神经网络和遗传算法对复合织构化滑动轴承动、静态特性进行优化。优化中，以复合织构的尺寸参数为自变量，以轴承-转子系统的临界失稳速度及轴承润滑剂的承载能力、摩擦力、摩擦系数和温升为优化目标，通过多级、多目标的遗传算法运算，获得了使轴承综合性能最优的复合织构尺寸参数。　　最后，通过实验研究了复合织构对滑动轴承动态特性系数的影响。实验结果表明：相对于单层织构，复合织构能明显提升滑动轴承油膜的主要动态特性系数，且合理布置尺寸适当的复合织构可有效提升轴承承载方向刚度系数；上述结论验证了部分仿真结果的正确性。

目录

1 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容

2 等温条件下复合织构对滑动轴承动态特性影响研究

2.1 织构化轴承及轴承-转子系统物理模型

2.2.1 基本方程

2.2.2 方程无量纲化

2.2.3 方程离散

2.2.4 计算流程

2.3 模型有效性验证

2.4 结果与讨论

2.4.1 弹性变形影响

2.4.2 织构分布位置对轴承油膜动态特性影响

2.4.3 第二层织构长度对轴承油膜动态特性影响

2.4.4 第二层织构深度对轴承油膜动态特性影响

2.4.5 织构长宽比对轴承油膜动态特性影响

2.5 本章小结

3 计入气穴及热作用的复合织构化滑动轴承动态特性研究

3.1 滑动轴承物理模型

3.2.1 基本方程

3.2.2 方程无量纲化

3.2.3 方程离散

2.2.4 计算流程

3.3 模型有效性验证

3.4 结果与讨论

3.4.1 气穴作用影响

3.4.2 轴承热作用影响

3.4.3 织构分布位置对轴承油膜动态特性影响

3.4.4 第二层织构长度对轴承油膜动态特性影响

3.4.5 第二层织构深度对轴承油膜动态特性影响

3.5 本章小结

4 基于智能算法的复合织构化滑动轴承综合性能优化

4.1 优化方法选择

4.2 协同优化思想

4.3 滑动轴承织构参数优化

4.3.1 复合织构参数与目标函数关系确定

4.3.2 基于BP神经网络的优化关系确定

4.3.3 基于遗传算法的复合织构化轴承动静态特性优化

4.4 优化方法准确性验证

4.5 织构尺寸优化结果与讨论

4.6 本章小结

5 复合织构化滑动轴承动态特性实验研究

5.1.1 试验设备

5.1.2 试验材料

5.2 试验过程

5.3 实验与仿真对比

5.4 试验结果

5.4.1 织构布置位置影响

5.4.2 二层织构长度影响

5.4.3 二层织构深度影响

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表论文目录

B. 作者在攻读学位期间申请专利

C. 作者在攻读学位期间参加项目

D. 作者在攻读学位期间获奖

E. 学位论文数据集

致谢