論文名稱：滑滾混合軸承設計基礎研究

論文作者：西安交通大學 / 呂盾

指導教師：盧秉恒、趙萬華《研究領域：高速加工工藝及裝備》

當相對運動速度較低時，動壓軸承與轉(zhuǎn)子之間處于直接接觸狀態(tài)，容易導致動壓軸承的磨損。為克服動壓軸承的低速磨損問題，本文提出滑滾混合軸承支承原理和結(jié)構(gòu)。滑滾混合軸承由動壓軸承和滾動軸承同軸裝配構(gòu)成，兩軸承分別具有固定的間隙和游隙。低速階段利用滾動軸承游隙約束轉(zhuǎn)子的位置，避免動壓軸承與轉(zhuǎn)子的直接接觸。高速階段動壓軸承支承轉(zhuǎn)子，滾動軸承不干擾轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)。

間隙比的合理設計是實現(xiàn)滑滾混合軸承支承原理的關(guān)鍵。本文提出了最大靜態(tài)偏心率、最大動態(tài)偏心率和滾動軸承與動壓軸承的不對中誤差等與間隙比取值范圍確定和影響間隙比大小的基礎參數(shù)，研究了上述參數(shù)的計算方法。

針對滑滾混合軸承的低速工作狀態(tài)，提出了最大偏心率的計算方法，推導出最大偏心率的計算公式。最大偏心率的計算公式為εhymax=λ+δmax/CH，在間隙比λ和動壓軸承半徑間隙CH一定的情況下，最大偏心率取決于滾動軸承的最大彈性接觸變形量δmax。對于滾動軸承與動壓軸承理想對中的情況，滾動軸承的彈性接觸變形量在主軸轉(zhuǎn)速為零時最大，此時滾動軸承的負荷等于外載荷。

針對滑滾混合軸承的高速工作狀態(tài)，，提出了最大動態(tài)偏心率的計算方法。首先建立了滑滾混合軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學模型，其次采用Newmark法計算了擾動力作用下轉(zhuǎn)子的軸心軌跡，最后計算軸心軌跡上偏離軸承中心的最大距離及最大動態(tài)偏心率。

提出了滑滾混合軸承結(jié)構(gòu)中滾動軸承和動壓軸承的不對中誤差模型，基于高速階段滾動軸承與軸心軌跡不干涉要求和低速階段滾動軸承對動壓軸承的保護要求，提出了不對中公差的計算方法。不對中誤差表征為誤差大小和方向角兩個參量，首先基于滾動軸承與軸心軌跡不干涉要求計算最大允許不對中偏差，若最大允許不對中偏差不滿足低速階段滾動軸承對動壓軸承的保護要求，則最大允許不對中偏差修訂為ec=εlimCH-CR-δmax。

提出了通過監(jiān)測保持架轉(zhuǎn)速辨別滑滾混合軸承工作狀態(tài)的方法，研究了保持架轉(zhuǎn)速隨主軸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。保持架轉(zhuǎn)速隨主軸轉(zhuǎn)速的增加呈增大、減小和不變?nèi)齻€變化階段，反應了滾動軸承負荷的變化，對應不同的軸承工作狀態(tài)。