新型高性能动压轴承的设计与试验研究

摘要

该文就如何提高动压轴承的承载能力和稳定性,从理论和试验两方面对普通圆柱动压滑动轴承的结构改进和优化设计进行了研究.在此基础上,设计了一种带有过渡腔的新型动压轴承,并应用流体动力润滑理论,对稳定工况下普通动压轴承和新型动压轴承的二维Reynolds方程进行了数值求解,分别计算了轴承的油膜压力分布、承载能力系数、偏位角、相对摩擦系数、流量等静特性,还研究了其温度分布特性.另外,文中还以表格的形式给出了新型动压轴承的过渡腔的结构尺寸,为新型动压轴承的结构设计提供了依据和参考.在求解动压滑动轴承二维Reynolds方程的过程中,对轴承的油膜承载面进行网格离散化,采用差分法将Reynolds方程化为线性方程组,并利用超松弛迭代法对方程组进行求解得出了轴承的油膜压力分布.然后采用数值积分的方法计算了轴承的承载力、偏位角、摩擦阻力、流量等静特性能.通过对能量方程简化又求出了轴承温度分布的数值解.同时,使用Matlab计算机软件对压力分布和温度分布状况进行了图形仿真.通过性能计算,新型动压轴承在承载能力和稳定性等方面得到显著提高,明显优于普通动压轴承.这也为我们提出了一种改善普通动压轴承性能的方法,在轴承最大压力点后的适当位置开过渡腔.该文最后通过试验研究的方法对普通动压轴承和新型动压轴承的油膜压力分布和轴承间隙进行了测量和分析.首先根据理论计算设计制作了几种常用结构参数(长径比和偏心率)的试验轴承,分别将过渡腔设置在不同位置并改变其大小,然后通过试验分别对各轴承试件的压力分布和间隙进行测量,最后对数据进行分析并确定过渡腔的最佳位置.通过试验进一步验证了新型动压轴承的性能:与普通动压轴承相比,承载能力大幅度增加,油膜厚度和压力区加大,稳定性明显提高,减少了油膜振荡发生的可能性.从而为新型轴承的实际应用奠定了一定的试验基础.在轴承设计过程中,采用C++语言和Matlab语言混合编程,并在Visual C++开发环境下,提供了Matlab图形接口,开发了计算轴承性能的软件,为设计具有高性能的动压轴承提供了有效工具.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1引言

1.2高性能动压轴承研究的意义

1.3动压轴承国内外研究和发展状况

1.4课题背景和本论文主要工作

第2章动压轴承的静特性计算

2.1雷诺方程的建立

2.2动压形成的原理

2.3雷诺方程的简化

2.4雷诺方程的无量纲形式

2.5雷诺方程的边界条件

2.6动压轴承的静态特性

2.6.1油膜承载力的计算

2.6.2偏位角的修正

2.6.3摩擦阻力的计算

2.6.4流量的计算

2.7求解雷诺方程应用的数学理论和压力分布求解

2.7.1差分法和计算网格划分

2.7.2超松弛迭代法和压力分布求解

2.7.3复化辛普森(Simpson)积分法

2.7.4轴承性能计算过程

2.8计算软件开发工具

2.8.1面向对象编程的方法和c¨语言

2.8.2集成开发平台Visual C++

2.8.3 Matlab软件介绍

2.8.4工具使用方案

2.9本章小结

第3章油膜温度分布求解

3.1轴承油膜温度分布概况

3.2润滑间隙中的非等温能量交换

3.3等温能量交换和热平衡计算

3.4温度-粘度关系

3.5能量方程

3.6温度分布求解

3.7本章小结

第4章新型动压轴承设计和性能计算

4.1新型动压轴承设计方案

4.2新型动压轴承的性能计算

4.2.1网格划分

4.2.2边界条件确定

4.2.3过渡腔腔内和边界压力确定

4.2.4过渡腔位置和大小尺寸确定

4.2.5新轴承的性能计算

4.3轴承性能计算结果

4.3.1普通全圆轴承的性能计算结果

4.3.2新型轴承的性能计算结果

4.3.3轴承性能计算结果分析

4.4本章小结

第5章新型动压滑动轴承性能试验

5.1动压轴承性能试验原理

5.1.1油膜压力测量

5.1.2间隙圆及轴心轨迹的测量

5.1.3摩擦功耗的测量

5.1.4温度的测量

5.2试验轴承制作

5.2.1材料的选择

5.2.2试验轴承加工

5.2.3试验轴承结构参数选择

5.3试验轴承测试和数据处理

5.3.1油膜压力分布的测试

5.3.2轴承间隙测量仪器介绍

5.3.3实验数据处理

5.3.4实验数据分析

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢