重型靜壓推力軸承力學性能及油膜態(tài)數(shù)值模擬研究.pdf

1、靜壓推力軸承是重型數(shù)控加工設備的主要部件，它的性能優(yōu)劣直接影響設備的加工質(zhì)量和運行效率。隨著各種先進制造技術的快速發(fā)展，特別是高速切削技術的出現(xiàn)，對于加工設備的主軸轉(zhuǎn)速要求越來越高。國產(chǎn)重型數(shù)控加工設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)權的優(yōu)化設計程序和關鍵技術。由于國內(nèi)大型零件機械加工精度達不到要求，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，使油墊的實際結構偏離理論設計模型，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，使得理論計算結果更符合實際流動情況，

4、減小了理論計算結果的誤差，對于圓形油腔的研究，提出等面積當量半徑的概念，利用等面積圓的面積替代油墊大扇形的面積，簡化了模型力學性能參數(shù)的推導。利用流體力學計算軟件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