考虑加工误差的油膜轴承动态性能研究

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1、考虑加工误差的油膜轴承动态性能研究重庆大学博士学位论文学生姓名：杨小高指导教师：王勇勤教授专业：机械工程学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一五年十月StudyontheDynamicPerformancesofOilFilmBearingwithConsiderationofMachiningErrorsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByYangXiaogaoSupervisedbyProf.WangYon

2、gqinSpecialty:MechanicalDesignandTheoryMechanicalEngineeringCollegeofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober,2015中文摘要摘要课题来源于国家自然科学基金项目“新型高性能油膜轴承节流机理研究（51075409）”。随着旋转设备向着高速、重载、精密化方向发展，设备的精度要求及运行环境对作为重要基础支承部件的油膜轴承的性能提出了更高的要求。油膜轴承为提高其性能，轴承与轴颈之间必须采用较小的配合间隙，这使轴承制造过程中产生的误差与轴承的油膜厚度处于同一个数量级上，显著影响油膜轴承的

3、性能。通过不断提高轴承加工精度来获得高性能油膜轴承的途径会使生产成本增加，制造周期增长，产品合格率低。为此，本文在已有研究基础上，引入加工误差模型，建立了考虑加工误差的油膜轴承润滑理论模型。同时，为了降低加工误差的影响，将传统节流器与伺服可控节流相结合提出一种伺服混合可控节流油膜轴承，引入基于遗传算法优化PID控制器参数的伺服主动控制技术，对油腔的进油液阻进行调节从而控制油腔中的油压以提高轴承的性能。通过建立加工误差对轴承性能影响的累积效应数学模型，对比分析考虑加工误差的毛细管节流油膜轴承与混合节流油膜轴承的动态特性，研究加工误差因素对轴承的性能影响以及对主轴的位置精度、回转精度的作用规律

4、，以寻求一种既能降低制造成本，又能提高轴承性能的方法，为轴承的性能分析和设计提供依据。论文的主要工作及成果如下：①在传统油膜轴承基本润滑理论基础上，考虑加工误差因素对油膜轴承的影响，建立加工过程中产生的尺寸误差、形状误差表达式，建立加工误差对轴承性能影响的累积效应数学模型。以此重构油膜间隙函数、雷诺方程、流量连续性方程，建立考虑加工误差的油膜轴承动态特性分析模型。②构建了混合节流油膜轴承系统。建立混合节流油膜轴承控制系统及PID控制器参数优化模型。根据流体润滑和承载机理推导油膜轴承油腔内、封油面上的油膜力以及主轴动力学方程，建立混合节流油膜轴承性能分析的数学模型。采用遗传算法对轴承控制系统

5、的PID控制器参数进行优化。将加工误差的数学模型进入到混合节流油膜轴承系统中，重构轴承性能分析的数学模型。③对比分析不考虑加工误差影响情况下，工况条件变化（载荷、转速、粘度）对混合节流油膜轴承与毛细管节流油膜轴承的承载能力、油膜刚度、最小油膜厚度、流量的影响规律。④以伺服混合节流与毛细管节流油膜为研究对象，对比分析了尺寸误差、形状误差对油膜轴承承载能力、油膜刚度、对象油膜厚度、流量、油膜力分布的影I重庆大学博士学位论文响；研究加工误差对主轴位置精度、回转精度的影响规律。⑤设计研制了实验台，进行了轴承误差数据的测量和运动误差的分离。通过对比研究仿真与实验结果验证了考虑加工误差因素影响的油膜轴

6、承的模型和分析方法的有效性和一致性。本文将加工误差引入到油膜轴承性能分析中，丰富、深化了油膜轴承润滑理论，提出的混合节流油膜轴承能较好地抑制和减小加工误差对轴承性能的影响。论文研究成果对于开发适用于中低速、重载、高精度油膜轴承提供了重要的参考价值及理论依据。关键词：混合节流，加工误差，动态特性，位置精度，回转精度II英文摘要ABSTRACTTheresearchsubjectofthedissertationstemsfromthe“Researchonworkingprincipleofthenewtypethrottlinggovernorforhighperformancejourn

7、albearing”supportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChinaundertheprojectno.51075409.Therotarymachinerytrendstohighspeed,heavyloadingandhighprecision,andtheoilfilmbearingasatypicalsupportelementhavetosatisfythe