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)量和運行效率。隨著各種先進制造技術(shù)的快速發(fā)展，特別是高速切削技術(shù)的出現(xiàn)，對于加工設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速要求越來越高。國產(chǎn)重型數(shù)控加工設(shè)備目前存在的主要問題是工作臺轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度較國外同類產(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)備工作臺的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)精度、加工效率和加工精度，提高國際市場競爭力是目前非常迫切的任務(wù)之一。工作臺轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度和精度是由靜壓推力軸承性能

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

3、力學(xué)性能和油膜的壓力狀態(tài)、流動狀態(tài)和溫度分布情況，在黑龍江省科技攻關(guān)項目(GC05A512)“重型立式數(shù)控車床工作臺靜壓支承軸承研究”和教育部博士點基金項目(20050214001)“重型數(shù)控機床自適應(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)恒流多油墊開式靜壓支承盤為研究對象，基于計算流體動力學(xué)和潤滑理論，對于扇形油腔的研究提出將該模型簡化為環(huán)形平面間隙和矩形平面平板流動的假設(shè)，使得理論計算結(jié)果更符合實際流動情況，

4、減小了理論計算結(jié)果的誤差，對于圓形油腔的研究，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，簡化了模型力學(xué)性能參數(shù)的推導(dǎo)。利用流體力學(xué)計算軟件FLLIENT對油膜的壓力狀態(tài)、流動狀態(tài)和溫度場進行三維綜合數(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摩擦副的力學(xué)性能和油膜的壓力狀態(tài)、流動狀態(tài)和溫度場的影響規(guī)律。在10米立式數(shù)控車床上實測了油膜壓力、油膜厚度和溫度分布，通過試驗驗證理論計算和數(shù)值模擬