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直线振动台上液体静压轴承的优化设计及实验研究

作　者: 姜洪滨
导　师: 吴晓元
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 直线液体静压轴承有限元法优化设计模态分析
分类号: TH133.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 249次
引　用: 2次
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内容摘要

本文主要对在直线振动台上的液体静压轴承装置进行研究，对它的工作原理进行理论分析，并对振动台上导向装置的相关结构进行优化设计及实验分析。油膜性能的有限元算法是本文研究工作的一个基础，也是一个重要的研究方法。在理论分析过程中，首先建立了油膜及压力场分布的数学模型，在提出了一系列假设的前提下，得到了油膜间隙中液体流动的控制方程即简化的纳维尔-斯托克斯方程及边界条件；然后采用有限元分析软件ANSYS对油膜的流场进行了有效的计算流体力学数值模拟以及优化设计，解出油膜的压力分布、速度分布、承载能力、流量和最优优化解，静压轴承的初始参数是根据经验值大小来确定的。针对该液体静压轴承是应用在振动条件下，本文还应用ANSYS软件对该轴承体进行了模态分析，计算出该轴承的固有频率，这样可以避开这些频率，从而消除共振和降低噪音。以数值模拟分析为基础，本文还重点进行了实验研究以及相关问题的分析。在实验装置的结构设计中，应用ANSYS软件来优化设计模块和节流器的选择、节流比的选择、油腔的设计等，并加工了实验装置。运用计算得出的最优解，进行了一系列的实验，从得到的测试数据中，分析出了各种参数对油膜性能的影响规律。基于对油膜理论及实验的研究，本文最终得出这样的结论：实验装置的结构设计是合理的，采用ANSYS优化设计方法也是可行的，计算结果是比较可靠的，实验数据的测量、分析及ANSYS软件的优化设计都取得了比较满意的效果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-17
  1.1 液体静压轴承的概述  10-12
  1.2 国内外对液体静压轴承的研究  12-13
  1.3 课题的背景及意义  13-15
  1.4 本文主要研究工作  15-17
第二章直线液体静压轴承的理论分析及设计计算  17-26
  2.1 液体静压轴承的分类及其工作原理  17-20
    2.1.1 定量供油式静压轴承  17-18
    2.1.2 定压供油式静压轴承  18-20
  2.2 节流器和节流比  20-21
    2.2.1 节流器的选择  20
    2.2.2 节流比  20-21
  2.3 液体静压轴承的润滑理论基础及设计计算  21-25
    2.3.1 静压轴承间隙中流体流动的基础方程  21-23
    2.3.2 直线静压轴承的承载能力计算  23-24
    2.3.3 油膜刚度  24-25
    2.3.4 轴承消耗功率  25
  2.4 本章小结  25-26
第三章流体力学有限元法的理论基础  26-35
  3.1 流体力学数值计算方法  26-27
  3.2 有限元方法介绍  27-33
    3.2.1 泛函与变分  28-31
    3.2.2 求泛函极值问题的常用近似方法——伽辽金加权余量法  31-33
    3.2.3 格林高斯定理  33
  3.3 用有限元方法求解雷诺方程  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章用ANSYS进行数值模拟及优化设计分析  35-51
  4.1 有限元软件介绍  35
  4.2 ANSYS有限元软件简介  35-37
    4.2.1 ANSYS有限元软件的功能  35-36
    4.2.2 ANSYS程序中的FLOTRAN CFD  36
    4.2.3 ANSYS优化设计及参数化设计语言  36-37
  4.3 有限元计算模型的建立  37-40
    4.3.1 建立油膜模型  37-38
    4.3.2 对模型进行网格划分和施加约束及载荷  38-40
  4.4 数值模拟计算  40-44
    4.4.1 对油膜的压力分布进行数值模拟计算  40-43
    4.4.2 对油腔的流量进行数值模拟计算  43-44
      4.4.2.1 计算方法分析  43-44
      4.4.2.2 结果及分析  44
  4.5 利用 ANSYS进行优化设计  44-50
    4.5.1 优化设计的方法  44
    4.5.2 优化设计的步骤  44-46
    4.5.3 对油腔形状进行优化设计  46-50
      4.5.3.1 优化设计的数学模型  46-47
      4.5.3.2 以承载能力最大为目标函数进行优化设计  47-50
        4.5.3.2.1 优化设计的数学模型  47
        4.5.3.2.2 以承载能力最大为目标函数进行优化及结果分析  47-50
  4.6 本章小结  50-51
第五章直线振动液体静压轴承体的有限元模态分析  51-58
  5.1 模态分析的应用及意义  51-52
  5.2 有限元模态分析的过程和步骤  52-57
    5.2.1 有限元模态分析模型的建立  53-54
    5.2.2 有限元模态分析模型网格的划分及约束  54
    5.2.3 静压轴承体的有限元模态分析计算结果  54-55
    5.2.4 静压轴承体有限元模态分析前5阶主振型的相对位移云图  55-57
  5.3 本章小结  57-58
第六章液体静压轴承的实验研究及相关问题分析  58-71
  6.1 实验装置的设计  58-62
    6.1.1 实验装置结构设计的内容及要求  58-60
    6.1.2 油腔布置及油腔大小设计分析  60-61
    6.1.3 供油系统  61-62
  6.2 油膜的实验分析  62-70
    6.2.1 实验装置简述  62-64
    6.2.2 实验结果及其分析  64-70
      6.2.2.1 油膜厚度及载荷的测量  64-65
      6.2.2.2 流量的测量  65-67
      6.2.2.3 实验的方式及步骤  67
      6.2.2.4 导向作用及不产生共振的实验  67-68
      6.2.2.5 实验结果的处理及分析  68-70
  6.3 本章小结  70-71
第七章结论与展望  71-73
  7.1 结论  71
  7.2 展望  71-73
参考文献  73-76
附录  76-82
致谢  82

直线振动台上液体静压轴承的优化设计及实验研究

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