柔性鉸鏈可傾瓦軸承設計與性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，具有優(yōu)良穩(wěn)定特性的可傾瓦軸承越來越多地應用在高速、高精度轉(zhuǎn)子機械中。由于該類軸承在工作轉(zhuǎn)速或負載有所變動時，軸瓦可自動調(diào)整擺角，從而獲得適宜的油楔，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定特性。然而，可傾瓦軸承也存在著諸如結(jié)構復雜，加工裝配要求高，容易形成誤差累積，支點易磨損，易產(chǎn)生軸瓦顫振等缺點，并且復雜的裝配結(jié)構制約了其在小微型轉(zhuǎn)子中的應用，因此需要一種新型的可傾瓦軸承創(chuàng)新設計。
　　柔性鉸鏈在精密儀器中使用很多，由于該結(jié)構具有微

2、小彈性變形及其可自動回復的特性，可用來傳動，而且傳動過程中無空程和機械摩擦，同時具有緊湊的機械結(jié)構和剛度以及迅速的響應。
　　本文結(jié)合柔性鉸鏈結(jié)構特性，采用電火花線切割加工方法，設計制造出了柔性鉸鏈可傾瓦軸承，在獲得類似于可傾瓦軸承穩(wěn)定特性的同時，結(jié)構卻更簡單。該新型軸承具有減少零件數(shù)目、降低生產(chǎn)成本、設計穩(wěn)定、無加工累積誤差、可消除軸瓦顫動、無接觸應力，并具有良好穩(wěn)定性的優(yōu)點。在高速，超高速小微型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，應用優(yōu)勢更加明顯。基

3、于此，本論文對該類軸承進行了潤滑設計及動靜態(tài)特性研究，主要研究內(nèi)容體現(xiàn)在以下幾點:
　　(1)采用材料力學微元法及卡氏定理分析了軸承關鍵部位柔性鉸鏈的結(jié)構特性，對比了不同型式柔性鉸鏈厚度及長度對各結(jié)構剛度的影響規(guī)律，得出鉸鏈厚度對柔性鉸鏈結(jié)構剛度影響最大。通過建立柔性鉸鏈可傾瓦軸承計算模型，給出了油膜厚度表達式及潤滑雷諾方程。采用有限差分法，超松弛迭代法離散求解了雷諾方程，結(jié)合牛頓迭代法計算了軸頸軸瓦平衡時的軸承靜態(tài)特性。對比了不

4、同偏心率下軸承偏位角、各軸瓦擺角系數(shù)、承載力系數(shù)、流量系數(shù)、功耗及溫升等靜態(tài)性能隨軸頸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，獲得了該軸承在一定工況下的靜態(tài)性能參數(shù)。同時還對比了不同柔性鉸鏈旋轉(zhuǎn)剛度下軸承靜態(tài)性能變化規(guī)律，得到鉸鏈旋轉(zhuǎn)剛度位于1000-2000 N·m/rad范圍內(nèi)可作為軸承柔性鉸鏈的設計依據(jù);
　　(2)采用軸頸軸瓦同頻擾動分析法，結(jié)合軸瓦支撐柔性鉸鏈動態(tài)旋轉(zhuǎn)剛度，給出了柔性鉸鏈可傾瓦軸承的折合剛度和阻尼系數(shù)計算方法。研究了偏心率、軸頸

5、轉(zhuǎn)速、鉸鏈旋轉(zhuǎn)剛度、激振頻率比等參數(shù)對柔性鉸鏈可傾瓦軸承動態(tài)性能的影響，并結(jié)合渦動頻率比對軸承轉(zhuǎn)子支承穩(wěn)定性進行了討論，獲得了該軸承動態(tài)性能特點及良好的穩(wěn)定性，可表現(xiàn)出傳統(tǒng)可傾瓦軸承特性;
　　(3)采用歐拉方法計算對比了不平衡載荷作用下不同鉸鏈厚度軸承非線性軸心軌跡及軸瓦擺動位移，得出非線性軸心軌跡在不平衡載荷作用下為一個圓，且圓心為不受不平衡載荷時的軸心平衡位置，另外，非承載軸瓦擾動受不平衡載荷作用較承載瓦更明顯，鉸鏈厚度越小