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本文就表面谐波特征对动压轴承承载能力的影响进行了研究。首先分析了几种常用结构的动压轴承,推导了不同结构动压轴承的油膜厚度表达式,以及最小油膜厚度表达式。从理论上对普通圆柱径向动压轴承的静态特性进行了分析和计算,在此基础之上,设计了具有表面谐波特征的动压轴承,从理论和实验上进行了对比分析和研究。对稳定工况下的普通圆柱动压轴承和具有表面谐波特征的动压轴承的二维雷诺(Reynolds)方程按照无限窄轴承假设进行了求解,分别对这两种动压轴承的油膜压力分布、偏位角、摩擦力、流量等静态性能进行了求解。
在求解动压轴承二维雷诺方程的过程中,对轴承的油膜承载面进行网格离散化,采用差分法将雷诺方程化为线性方程组,并利用超松弛迭代法对方程组进行求解,得出了轴承的油膜压力分布。采用数值积分的方法计算了轴承的承载力、偏位角、摩擦阻力、流量等静态特性性能。同时,使用Matlab计算机软件对部分压力分布状况进行了图形仿真。通过性能计算分析得知谐波数为3,且谐波幅值为普通圆柱动压轴承最小油膜厚度的一半时,谐波轴承具有最佳的综合性能。即具有表面谐波特征的动压轴承比普通圆柱动压轴承的承载能力大、摩擦系数低、运转稳定性好等优点。
根据理论计算分析的结果设计制造了一套轴承进行了实验研究,测试了轴承沿着圆周方向的油膜压力分布。实验结果表明具有表面谐波特征的动压轴承比普通圆柱动压轴承的承载区间大,随着轴承转速的提高,两种动压轴承的承载能力都提高,但具有表面谐波特征的动压轴承比普通圆柱动压轴承提高的明显。通过对实验数据进行分析,进一步验证了理论分析的正确性,所得研究结果为谐波轴承的设计和应用提供了参考。