重型靜壓推力軸承力學(xué)性能及油膜態(tài)數(shù)值模擬研究.pdf

1、靜壓推力軸承是重型數(shù)控加工設(shè)備的主要部件，它的性能優(yōu)劣直接影響設(shè)備的加工質(zhì)量和運(yùn)行效率。隨著各種先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，特別是高速切削技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)于加工設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速要求越來(lái)越高。國(guó)產(chǎn)重型數(shù)控加工設(shè)備目前存在的主要問(wèn)題是工作臺(tái)轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度較國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品低，生產(chǎn)效率低，加工精度差。如何提高大型數(shù)控加工設(shè)備工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)精度、加工效率和加工精度，提高國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是目前非常迫切的任務(wù)之一。工作臺(tái)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度和精度是由靜壓推力軸承性能

2、的理論計(jì)算、設(shè)計(jì)、加工和裝配等多種因素決定的。對(duì)于靜壓推力軸承多采取類(lèi)比設(shè)計(jì)，沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的和較精確的數(shù)值計(jì)算，沒(méi)有一個(gè)完整具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序和關(guān)鍵技術(shù)。由于國(guó)內(nèi)大型零件機(jī)械加工精度達(dá)不到要求，使得靜壓軸承工作時(shí)摩擦副間的間隙不均勻，在高速重載的工況下局部產(chǎn)生干摩擦或邊界潤(rùn)滑，導(dǎo)致靜壓軸承局部溫升，油膜破裂，進(jìn)而產(chǎn)生局部變形，使油墊的實(shí)際結(jié)構(gòu)偏離理論設(shè)計(jì)模型，限制了轉(zhuǎn)速。 為了探明大尺度恒流多油墊開(kāi)式靜壓支承盤(pán)軸承的

3、力學(xué)性能和油膜的壓力狀態(tài)、流動(dòng)狀態(tài)和溫度分布情況，在黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目(GC05A512)“重型立式數(shù)控車(chē)床工作臺(tái)靜壓支承軸承研究”和教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(20050214001)“重型數(shù)控機(jī)床自適應(yīng)推力軸承的研究”的資助下，本文以大尺度(回轉(zhuǎn)直徑 D>10m)恒流多油墊開(kāi)式靜壓支承盤(pán)為研究對(duì)象，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和潤(rùn)滑理論，對(duì)于扇形油腔的研究提出將該模型簡(jiǎn)化為環(huán)形平面間隙和矩形平面平板流動(dòng)的假設(shè)，使得理論計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際流動(dòng)情況，

4、減小了理論計(jì)算結(jié)果的誤差，對(duì)于圓形油腔的研究，提出等面積當(dāng)量半徑的概念，利用等面積圓的面積替代油墊大扇形的面積，簡(jiǎn)化了模型力學(xué)性能參數(shù)的推導(dǎo)。利用流體力學(xué)計(jì)算軟件FLLIENT對(duì)油膜的壓力狀態(tài)、流動(dòng)狀態(tài)和溫度場(chǎng)進(jìn)行三維綜合數(shù)值模擬分析，揭示了恒流和恒轉(zhuǎn)速情況下圓形腔和扇形腔的腔面積和腔深對(duì)摩擦副的力學(xué)性能和油膜的壓力狀態(tài)、流動(dòng)狀態(tài)和溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。在10米立式數(shù)控車(chē)床上實(shí)測(cè)了油膜壓力、油膜厚度和溫度分布，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證理論計(jì)算和數(shù)值模擬