三维可变孔轴形状耦合径向轴承动力润滑特性及设计理论研究

研究径向轴承三维可变孔、轴曲面的耦合机理，用级数的方法把轴承孔、轴曲面形状在柱坐标系里参数化，形成三维泛锥楔形间隙模型，用该模型表征任意可能的轴承孔、轴曲面形状；研究三维泛锥楔形间隙的几何特性及解析特性，探索模型的项数及参数变化对三维泛锥楔形间隙几何形状的影响规律；研究径向轴承的承载力、温升、功耗、侧漏流速以及稳定性等流体动力特性和能量方程及其对三维泛锥楔形间隙的要求和影响规律等深层次问题，探索三维泛锥楔形间隙与动力润滑特性的耦合效应和协同机制，建立动压径向轴承通用楔形间隙设计的新理论和新方法，采用正向优化与反设计法相结合的方法优化出具有最佳动力润滑特性的径向轴承，并制造出高性能的轴承样件，用试验来验证理论的正确性。本研究突破传统的轴承设计中预先设定廓线模型的设计思想，提出了三维可变孔轴形状耦合的径向动压轴承设计的新思路，对提高径向轴承的设计水平和动力润滑特性具有重要的理论意义和应用前景。

动压径向轴承被广泛应用于各种旋转机械中，随着现代机械向大型化、高速化、高性能方向发展，动压径向轴承形状设计方法研究成为改善或提高机组性能非常重要的发展方向。然而目前国内外的轴承形状研究局限于固有型线的改进，修型和参数优化，在己有基本结构基础上，提出新的形状设计思想或基本结构形式的难度也越来越大。为了克服这一障碍，本项目重点开展了对三维可变孔轴形状耦合径向轴承动力润滑特性及设计理论的研究。研究径向轴承三维可变孔、轴曲面的耦合机理，用级数的方法把轴承孔、轴曲面形状在柱坐标系里参数化，形成三维泛锥楔形间隙模型，用该模型表征任意可能的轴承孔、轴曲面形状, 集成现有径向轴承的楔形间隙，突破原有轴承形状优化数学模型固有特性对动压润滑特性的限制，不是针对确定的动压轴承型面进行改进设计和修正，也不是调整轴与轴承型面的相对位置来改变楔形间隙，而是从影响轴承动压性能的根本要素——动压轴承可变孔轴三维楔形间隙函数这一源头出发，研究和寻找具有最佳性能的动压轴承数学模型，以期获得具有更好性能的动压轴承；研究三维泛锥楔形间隙的几何特性及解析特性，探索模型的项数及参数变化对三维泛锥楔形间隙几何形状的影响规律；研究径向轴承的承载力、温升、功耗、侧漏流速以及稳定性等流体动力特性和能量方程及其对三维泛锥楔形间隙的要求和影响规律等深层次问题，探索三维泛锥楔形间隙与动力润滑特性的耦合效应和协同机制，建立动压径向轴承通用楔形间隙设计的新理论和新方法，采用正向优化与反设计法相结合的方法优化出具有最佳动力润滑特性的径向轴承。轴承动压润滑理论本身具有近似性，为了验证理论的正确性，进行了实验研究。分析了动压轴承的材料、加工方法和实验设备和实验方法等，根据得到的理论优化结果加工了实验样件，完成了对比实验，实验结果验证了动压径向轴承形状泛函与优化设计理论的可行性和正确性。并制造出高性能的轴承样件，用试验来验证理论的正确性。本研究突破传统的轴承设计中预先设定廓线模型的设计思想，提出了三维可变孔轴形状耦合的径向动压轴承设计的新思路，对提高径向轴承的设计水平和动力润滑特性具有重要的理论意义和应用前景，为设计出新的具有更佳性能的轴承形状提供了新的思路，提出了一种动压轴承型线设计的新理论和新方法，对动压轴承的设计具有重要的理论意义。