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静压支承油膜稳态控制与摩擦学特性研究

静压支承油膜稳态控制与摩擦学特性研究

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作者：李代阁哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着制造业的升级转型,重型零部件加工也越来越多样化,造成工件质心偏离工作台中心,工作台承受偏心力作用,运行中油膜厚度不稳进而降低工件加工质量,甚至引起油膜变薄,最终发生干摩擦。静压支承作为重型立式加工装备工作台的核心部件,... 详细信息

随着制造业的升级转型,重型零部件加工也越来越多样化,造成工件质心偏离工作台中心,工作台承受偏心力作用,运行中油膜厚度不稳进而降低工件加工质量,甚至引起油膜变薄,最终发生干摩擦。静压支承作为重型立式加工装备工作台的核心部件,研究偏载工况时静压支承油膜控制方案与仿真,并分析实施控制后的油膜摩擦学特性是十分必要的。首先通过查阅国内外参考文献,对比国内外静压支承研究现状,对静压支承结构和工作原理进行阐述,建立定量供油条件下中心加载和偏载时的油膜流量、油膜承载力、油膜厚度和油膜温升等摩擦学性能控制方程。其次对比研究油膜厚度检测方法,拟订电涡流位移传感器油膜厚度检测方案,设计油膜厚度信号噪声滤波器,使用MATLAB/Simulink模块进行信号滤波仿真,提出一种位移传感器安装方法。确定三通道分区油膜厚度控制方案,对各关键液压元件选型。建立油膜厚度控制系统各环节数学模型,确定相关控制参数,完成油膜厚度传递函数推导。分析系统稳定性,设计单通道油膜厚度PID控制器,并结合模糊控制理论设计油膜厚度模糊自适应PID控制器,对PID控制器和模糊自适应PID控制器分别进行仿真,在仿真模型中加入阶跃干扰,对比控制速度与控制误差,分析其鲁棒性。最后将三通道中12个油膜简化为3个圆周阵列油膜,对受控后的油膜进行流体力学仿真,研究其摩擦学特性。利用软件Solidworks,ICEM CFD,FLUENT,CFD-POST分别进行油膜建模、划分网格、求解及后处理,研究不同偏移大小和不同转速时油膜平均压力、最大压力、最大动压、平均动压、平均温度和最大温度等摩擦学特性参数及其影响规律。对比实施控制油膜与未实施控制油膜的摩擦学特性参数,并分析原因,为静压支承的进一步优化设计提供依据。

关键词：静压支承偏心载荷油膜稳态控制摩擦学特性计算流体力学仿真

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