液体静压支承系统的动态性能研究

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液体静压支承技术广泛应用于机械制造、宇航、天文、军工和冶金等诸多领域。油膜刚度和承载力是液体静压支承系统的主要性能指标,因此该领域主要研究方向是油膜承载力、油膜刚度以及稳定性分析。为保证不同载荷下,静压支承系统有良好的运动精度和平稳性,必须对系统的油膜进行有效地控制,这也是可靠性设计的基本依据。  本课题来源于北京中元公司的水平式电动振动台,以液体静压支承系统为研究对象,利用ANSYS软件分别对静载和动态载荷作用时的静压支承系统流场进行了分析。首先,通过力学方程推导出静态时静压支承系统封油边压力、速度、承载力以及油膜刚度的流场的控制方程,进一步推导动态载荷下的方程,最后通过数值模拟综合分析了静、动载荷作用时静压支承的流场特性。  本文的主要工作及创新点如下:  (1)对系统静态下的流场进行分析。通过承载力与油膜厚度的关系对静态性能进行评价,得到静载下静压支承的速度、压力、承载力的主要特征。结果表明在油液流经封油边的过程中,速度迅速增大并与封油边宽度呈非线性关系,压力逐渐减小;承载力W随油膜厚度h的增大而减小并表现为非线性关系。  (2)对系统动态过程中流固耦合的力学行为进行研究。以正弦载荷为例,分别研究了系统动态下的流体特性及固体特性,流体方面给出了速度、压力与封油边的相关性关系,固体方面则给出了交界面位移的变化,并且通过动刚度对正弦载荷性能进行评价。  (3)提出了一种系统固有频率的估算方法。通过施加多种不同频率的载荷,建立幅频特性曲线,用该曲线的极值估算系统的固有频率。本文在六种频率ω的正弦载荷作用下,建立静压支承幅频特性h-ω曲线,由此给出了系统的固有频率。
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