油垫几何特征对静压推力轴承性能的影响研究

作     者：王发坤 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于晓东;张庆

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：静压推力轴承 承载特性 温升特性 油垫几何特征 数值模拟与实验 

摘      要：静压推力轴承是立式机床的重要组成部分,具有摩擦阻力小、使用寿命长、抗振性能好等特点。作为承载部件,其承载特性和温升特性决定了机床的加工效率和加工精度。静压推力轴承中,不同的油垫几何特征其内部具有不同形貌的间隙油膜,在实际工作过程中,由于转速和负载的影响,油膜受到剪切和挤压的作用,静压推力轴承会出现不同程度的局部热变形和静压损失。针对上述问题,本文以静压推力轴承的油垫为研究对象,从油垫腔形、封油边尺寸、回油槽宽度和深度以及油垫数量的角度出发,对指定油膜厚度下的油膜承载特性和温升特性展开探究分析。首先对单矩形、双矩形、梯形和扇形油垫的流量方程、承载力方程、温升方程和负载-极限转速-油膜厚度关系匹配方程进行理论推导。根据推导的理论方程,在现有双矩形油垫的基础上,采用单一控制变量法对三种不同腔形的油垫尺寸进行参数计算。其次利用SOLIDWORKS软件对四种不同腔形油膜进行实体建模,在数值模拟过程中,采用变粘度理论,借助MATLAB软件,拟合46-HL润滑油的粘温关系曲线。使用ANSYS中的ICEM-CFD模块对四种不同腔形间隙油膜模型进行六面体结构网格划分,并进行边界条件设置。然后使用ANSYS中的CFX模块对不同几何特征间隙油膜进行数值求解,通过分析压力场和温度场的数据得出油垫腔形、双矩形腔封油边尺寸、回油槽宽度和深度以及油垫数量对静压推力轴承性能的影响规律,为工程实际选取腔型提供理论基础。最后利用静压推力轴承实验台进行负载4t,转速0-160r/min工况下的实验,获得静压油膜压力和温度实验数据,并进行分析总结,验证数值模拟方法的可行性和正确性。