20121130开题报告高速滑动轴承电主轴——转子系统动力学性能的研究.ppt

Company Logo LOGO 高速滑动轴承电主轴——转子系统动力学性能的研究 姓名：鲁豫鑫 学号专业：机械设计及理论 导师：李松生 Company Logo 目 录 研究目的和实践意义 2 国内外研究状况 3 主要研究内容 4 主要研究方法 5 课题来源 1 课题计划安排 6 预期目标 7 Company Logo 一、课题来源 上海市重点实验室 科研项目 24000r/min高速滑动轴承电主轴项目 二、研究目的和实践意义 Company Logo 非接触 摩擦小 承载大 寿命长 摩擦发热 油膜刚度阻尼 压力分布 润滑油流量 目前，电主轴主要还是使用滚动轴承作为支承。而滑动轴承主要在汽轮机发电机组和鼓风机、离心机之类的大型重载机械应用较多。 Company Logo 三、国内外研究现状 动 力 润 滑 O.Reynolds于1886年提出了著名 的雷诺方程； Christopherson用差分法成功求解 了雷诺方程； Ocvirk忽略周向压力梯度，得到了 短轴承油膜力表达式，同时忽略负 压影响，认为只有正压对载荷起支 承作用； Pinkus分析了椭圆轴承压力分布； Jakobsson等提出了JFO理论，不仅 提供了油膜破裂条件，而且提供了 油膜再形成条件； Capone给提出修正的短轴承假设下 的非线性油膜力模型； Eduardo P.Okabe等推广Capone短 轴承非线性模型，推导了适合于可 倾瓦轴承的非线性油膜力模型。 张直明教授等根据量纲分析的方法 建立起多油叶径向滑动轴承的非线 性油膜力数据库； 张文等提出了非线性油膜力的一般 表达式，其瞬态刚度阵和瞬态阻尼 阵由三个非线性函数来描述； 陈龙，郑铁生等提出一种求解当轴 颈大扰动时实际轴承瞬态油膜力的 近似公式； 杨金福等提出一个适用于圆轴承的 具有解析表达式的非线性油膜力模 型； 陈龙、郑铁生等提出了变分法模型， 该法利用变分原理和自由边值理论， 通过迭代获得油膜边界，进而得到 相应油膜力。 Company Logo 三、国内外研究现状 转 子 动 力 学 W.J.Rnakine提出了临界转速的概 念，开创了转子动力学的先河； Jeffcott以单圆盘挠性转子模型进 行研究，得到了转子在超临界状态 下工作仍然稳定的结论； Holzer等提出计算转子系统固有频率 的传递矩阵法(TMM)； Archer等把有限元法(FEM)引入到 转子动力学中； Lund提出了油膜力用八个刚度、阻 尼系数表述的线性化模型，将滑动 轴承与转子结合在一起研究； F.Ehrich通过实验证明并分析了燃 气轮机的混沌现象； Zavodney、Nayfeh等通过研究揭 示系统出现的倍周期分叉、倒分叉 和混沌等动力学行为。 杨金福等提出了油膜-转子系统中轴 承运行失稳的判据方程，解释了油 膜力的作用机理； 陈予恕、曹树谦等给出了圆盘-轴段 形式的转子系统模型建模准则； 张大志等建立了考虑非线性油膜力 的非线性刚度轴转子系统的动力学 模型； 陈予恕等对弹支刚性转子系统的碰 摩进行了研究； 陈照波、焦映厚等对非线性转子— —轴承系统动力学分叉及稳定性进 行了分析研究； 牛玉清、徐鉴等分析了多圆盘转子 系统在非线性油膜力作用下的周期 性运动及稳定性； 四、主要研究内容 研究滑动轴承类型和结构参数对轴承内部摩擦力、功耗、温升等的影响，从而设计出适合高速电主轴使用的动压滑动轴承； 求解雷诺方程，得出轴承的刚度和阻尼等动态特性系数； 建立动压滑动轴承——转子系统模型，用有关方法求固有频率、动态响应，分析稳定性，并分析载荷、转速等因素对它们的影响； 搭建试验台，利用有关试验设备进行轴承——转子系统的模态和动态响应试验，把得到的实验结果与上述理论分析进行对比，验证理论研究的正确性。 Company Logo 1、高速电主轴用滑动轴承结构选择 五、主要研究方法 Company Logo 如图所示：椭圆轴承由于结构上的原因，润滑油流量较大、温升较低，上下轴瓦可形成两个油膜，抗扰动能力强、旋转精度和高速稳定性都优于单油楔轴承，而工艺性又比其它多油楔和可倾瓦轴承好，适合高速电主轴的高速轻载或中载情况，故本课题研究初步选用椭圆轴承支承电主轴旋转。 进油温度：50℃ 径向载荷：300N 轴颈直径：40mm 宽径比：0.6 间隙比（顶隙比）：0.0015 椭圆度：2 2、滑动轴承油膜力模型的分析 采用数值算法直接求解方程，获得椭圆瓦轴承油膜压力分布，再数值积分获得油膜力，计算时，可以适当考虑温度等因素对粘度的影响。 Company Logo 此式适用于全部内节点 (i=1~m-1,j=1~n-1)，因此共有 (m-1)(n-1) 个等式，构成一组对于 (m