高速曲轴磨床液体静压轴承设计与特性分析

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1、分类号学号M201270410学校代码10487密级硕士学位论文高速曲轴磨床液体静压轴承设计与特性分析学位申请人：杨一鸣学科专业：机械电子工程指导教师：黄禹教授答辩日期：2015年5月18日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandCharacteristicAnalysisofHydrostaticBearingUsedonHigh-speedCr

2、ankshaftGrinderCandidate:YangYimingMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:Prof.HuangYuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文

3、的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）

4、学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要液体静压支承运动副具有摩擦功耗小、承载力大、支承刚度高、运动平稳等优点，因此在高端制造装备中得到广泛应用。本文针对曲轴磨床高速磨削的特点，将原先支撑主轴的滚动轴承改进为液体静压轴承，设计出轴承的结构参数方案，并对轴承的静动态特性进行仿真分析。首先，分析了液体静压轴承的基本结构和工作原理，并在研究了CBN曲轴磨床高速磨削特点的基础上，阐述了支撑主轴液体静压轴承的主要性能指标和设计要求。通过上述分析，设计出曲轴磨床静

5、压轴承的总体方案，并对磨床主轴上前后轴承的具体结构参数进行了分析计算。然后，根据液体静压轴承的润滑机理推导出轴承内部流场的控制方程。考虑到轴承在高速运转时的空穴效应，建立基于改进的Elrod算法的空穴数学模型，该算法使用JFO边界条件将油膜完整区和空穴区的雷诺方程进行了统一，得到了求解油膜特性的优化算法。采用有限差分的方法并结合流量连续性方程，计算出曲轴磨床静压轴承的油膜压力分布，进而得到轴承的油膜刚度和阻尼特性。接着，通过编写MATLAB程序计算了在不同主轴偏心、不同转速、不同节流系数以及不同

6、轴承长宽比下小孔节流液体静压轴承的油膜承载力、油膜刚度和阻尼的变化情况，分析出他们对主轴系统的稳定性和曲轴磨削精度的影响。最后，分析了液体静压轴承高速运转时油膜温度变化对轴承性能的影响。通过建立轴承油膜的三维几何模型，并运用流体分析软件FLUENT计算出主轴转速和供油压力对轴承油膜温度分布的影响。在上述温度场分析的基础上，设计了一种新型的液体静压轴承冷却系统。关键字：高速精密磨削液体静压轴承油膜承载力油膜刚度及阻尼热态分析I华中科技大学硕士学位论文AbstractHydrostaticbeari

7、ng,withitscharacteristicsoflowfrictionpowerconsumption,greatburdencapacity,highbearingstiffnessandstabilization,iswidelyappliedinhigh-endmanufacturingequipment.Accordingtotheconcretejobrequirementsofhigh-speedCBNgrindingforcrankshaft,thispaperhasimpr

8、ovedtheoriginalspindlesupportfromtherollingbearingtohydrostaticbearing,andcarriedondesignandsimulationstudiesintohydrostaticbearings.Firstly,thebasicstructureandworkingprincipleofhydrostaticbearinghavebeenintroducedinthispaper.Andonthebasisofanalysis