圆锥液体静压轴承热态性能研究

作     者：李梦阳 

作者单位：中国工程物理研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：陈金明

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：圆锥液体静压轴承 热态性能 温升 耦合传热 计算流体力学 

摘      要：圆锥液体静压轴承是液体静压支承的一种特殊形式,具有高精度、高刚度、高稳定性等一系列优点,在精密超精密加工领域有着良好的应用前景。但由于润滑油的粘性耗散,这类轴承在工作过程中不可避免的会产生温升,进而导致润滑油粘度变化和零件热变形,最终会引起轴承支承性能的下降和工作精度的丧失。所以研究圆锥液体静压轴承的热态性能对提高此类轴承的性能和精度具有重要意义。因此,本文采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的手段,探索了圆锥液体静压轴承的热态性能及其变化规律。 理论分析了圆锥液体静压轴承的生热机理和传热机制,推导了基于绝热等粘度假设下的润滑油温升计算公式,分析选取了各换热边界的换热系数;在考虑流固耦合传热和粘温效应的基础上,构建了圆锥液体静压轴承的耦合热态数学模型。 在理论分析的基础上,建立了圆锥液体静压轴承热态分析数值仿真模型。通过仿真计算,获得了轴承润滑油和固体零件的温度场分布及其变化规律,掌握了温升后润滑油的粘度变化情况和零件热变形情况,研究了温升对轴承静态性能和工作精度的影响规律。研究结果表明：转速、进油压力、油膜间隙等参数对圆锥液体静压轴承的热态性能有较大影响。 搭建了圆锥液体静压轴承热态性能实验平台,对上述规律进行了实验验证。实验测试了不同转速、进油压力、油膜间隙下的温升及热变形情况,并与仿真结果进行了对比分析。仿真结果与实验数据吻合良好,证实了模型的合理性和仿真结果的可信性。 系统地总结了一系列改善圆锥液体静压轴承热态性能的措施。仿真计算和实验表明,部分措施有效地改善了轴承的热态性能。 通过以上研究,建立了较为完善的圆锥液体静压轴承热态分析方法,基本掌握了圆锥液体静压轴承热态性能及其变化规律,研究结果对设计圆锥液体静压轴承和优化轴承热态性能有一定的指导意义。