CN103235856B - 一种中空轴式静压轴承动态设计方法 - Google Patents

一种中空轴式静压轴承动态设计方法 Download PDF

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本发明公开了一种中空轴式静压轴承动态设计方法，该方法通过缩比中空轴式静压轴承初设、进行缩比球磨机中空轴式静压轴承静态仿真研究、建进行缩比球磨机静态仿真合格的中空轴式静压轴承静态试验研究、进行缩比球磨机静态试验合格的中空轴式静压轴承动态仿真研究、进行缩比球磨机动态仿真合格的中空轴式静压轴承动态试验研究和静压轴承优化设计步骤实现中空轴式静压轴承的动态设计，与现有类比设计方法相比，提高中空轴式静压轴承的运行可靠性，降低中空轴式静压轴承的制造成本、使用能耗和维护费用。<!--1-->

Description

一种中空轴式静压轴承动态设计方法
技术领域
本发明涉及一种动态设计方法，特别涉及一种中空轴式静压轴承动态设计方法。
背景技术
在重载、低速恶劣环境下工作的球磨机规格不断增大，作为其关键部件的静压轴承的承载能力、可靠性、使用寿命、维护及能耗提出了更高的要求，对于大型球磨机的静压轴承，国外尚无设计标准和设计规范，目前，我国球磨机行业尚未掌握大型球磨机的静压轴承设计理论与核心技术，采用经验类比法设计的大型球磨机静压轴承，运行可靠性较低，故障时有发生，运行能耗和使用维护成本较高，所以急需攻克大型球磨机的静压轴承的设计理论难题和关键技术，尽快设计出具有高承载能力低能耗、高可靠性低维护费用的大型球磨机的静压轴承，以提升我国大型磨机静压轴承的自主设计的能力。
发明内容
本发明的目的为中空轴式静压轴承提供一种高效科学性的动态设计方法，与现有类比方法相比，不仅能够降低中空轴式静压轴承的运行成本，而且能提高中空轴式静压轴承的可靠性。
本发明之方法包括以下步骤：
（一）、缩比中空轴式静压轴承初设。参照某大型球磨机，按相似理论，设计出具有中空轴式静压轴承的缩比球磨机。
（二）、进行缩比球磨机中空轴式静压轴承静态仿真研究。包括：整机装配模型简化、单元选择、边界条件确定和仿真结果分析。静态仿真的工况是满载静止，基于中空轴与轴瓦、调心轴承衬体与鞍形座间的接触边界条件的仿真，若中空轴式静压轴承静态仿真不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承静态仿真合格，将静态仿真合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（三）、进行缩比球磨机静态仿真合格的中空轴式静压轴承静态试验研究。包括：测试仪器设备的标定调试和安装、测点位置及个数的合理确定。静态试验的工况是满载静止，根据缩比球磨机中空轴式静压轴承静态仿真成果，确定中空轴、鞍形轴承衬体和轴承座的结构静应力测点位置及个数。分别采用有线测试和无线测试的方法开展试验研究，直至测试数据稳定重复再现为止。若中空轴式静压轴承静态试验不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承静态试验合格，将静态试验合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（四）、进行缩比球磨机静态试验合格的中空轴式静压轴承动态仿真研究。包括：整机装配有限元模型、流体动力学模型、摩擦生热模型、边界条件确定和仿真结果分析。动态仿真的工况是满载启动和正常运行，基于中空轴与轴瓦间的流、固、热多场耦合边界条件的仿真，若中空轴式静压轴承动态仿真不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承动态仿真合格，将动态仿真合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（五）进行缩比球磨机动态仿真合格的中空轴式静压轴承动态试验研究。包括：测试系统设计、各种传感器标定与安装、测试系统调试、开始试验、测试结果分析。动态试验的工况是满载启动和正常运行，根据缩比球磨机中空轴式静压轴承动态仿真成果，确定静压轴承结构动应力测点位置及个数；根据中空轴与轴瓦间流、固、热多场耦合仿真分析结果，确定静压轴承油膜压力和流速测点位置及个数。若中空轴式静压轴承动态试验不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承动态试验合格，将动态试验合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（六）静压轴承优化设计。针对动态试验合格的中空轴式静压轴承，以轴承承载能力最大和轴承消耗功率最小为优化目标，采用模糊多准则综合评价方法和融合灵敏度分析方法，在静压轴承的包角、中空轴轴颈的长度、油腔的偏位角、油腔的数量及大小、油腔的深度和油腔中出油孔的个数及位置等影响因素中，来确定优化分析所需的设计变量，采用响应面模型建立设计变量和目标函数之间的近似关系，建立一个多目标优化模型，采用遗传算法或粒子群算法等为优化分析工具，获得静压轴承最佳的设计参数。
本发明的有益效果：与现有类比设计方法相比，提高中空轴式静压轴承的运行可靠性，降低中空轴式静压轴承的制造成本、使用能耗和维护费用。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
对照图1所示，本发明之方法包括以下步骤：
（一）、缩比中空轴式静压轴承初设。参照某大型球磨机，按相似理论，设计出具有中空轴式静压轴承的缩比球磨机。
（二）、进行缩比球磨机中空轴式静压轴承静态仿真研究。包括：整机装配模型简化、单元选择、边界条件确定和仿真结果分析。静态仿真的工况是满载静止，基于中空轴与轴瓦、调心轴承衬体与鞍形座间的接触边界条件的仿真，若中空轴式静压轴承静态仿真不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承静态仿真合格，将静态仿真合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（三）、进行缩比球磨机静态仿真合格的中空轴式静压轴承静态试验研究。包括：测试仪器设备的标定调试和安装、测点位置及个数的合理确定。静态试验的工况是满载静止，根据缩比球磨机中空轴式静压轴承静态仿真成果，确定中空轴、鞍形轴承衬体和轴承座的结构静应力测点位置及个数。分别采用有线测试和无线测试的方法开展试验研究，直至测试数据稳定重复再现为止。若中空轴式静压轴承静态试验不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承静态试验合格，将静态试验合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（四）、进行缩比球磨机静态试验合格的中空轴式静压轴承动态仿真研究。包括：整机装配有限元模型、流体动力学模型、摩擦生热模型、边界条件确定和仿真结果分析。动态仿真的工况是满载启动和正常运行，基于中空轴与轴瓦间的流、固、热多场耦合边界条件的仿真，若中空轴式静压轴承动态仿真不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承动态仿真合格，将动态仿真合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（五）进行缩比球磨机动态仿真合格的中空轴式静压轴承动态试验研究。包括：测试系统设计、各种传感器标定与安装、测试系统调试、开始试验、测试结果分析。动态试验的工况是满载启动和正常运行，根据缩比球磨机中空轴式静压轴承动态仿真成果，确定静压轴承结构动应力测点位置及个数；根据中空轴与轴瓦间流、固、热多场耦合仿真分析结果，确定静压轴承油膜压力和流速测点位置及个数。若中空轴式静压轴承动态试验不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承动态试验合格，将动态试验合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机。
（六）静压轴承优化设计。针对动态试验合格的中空轴式静压轴承，以轴承承载能力最大和轴承消耗功率最小为优化目标，采用模糊多准则综合评价方法和融合灵敏度分析方法，在静压轴承的包角、中空轴轴颈的长度、油腔的偏位角、油腔的数量及大小、油腔的深度和油腔中出油孔的个数及位置等影响因素中，来确定优化分析所需的设计变量，采用响应面模型建立设计变量和目标函数之间的近似关系，建立一个多目标优化模型，采用遗传算法或粒子群算法等为优化分析工具，获得静压轴承最佳的设计参数。

Claims (1)

1.一种中空轴式静压轴承动态设计方法，该方法包括以下步骤：
（一）、缩比中空轴式静压轴承初设：参照大型球磨机，按相似理论，设计出具有中空轴式静压轴承的缩比球磨机；
（二）、进行缩比球磨机中空轴式静压轴承静态仿真研究：包括整机装配模型简化、单元选择、边界条件确定和仿真结果分析；静态仿真的工况是满载静止，基于中空轴与轴瓦、调心轴承衬体与鞍形座间的接触边界条件的仿真，若中空轴式静压轴承静态仿真不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承静态仿真合格，将静态仿真合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机；
（三）、进行缩比球磨机静态仿真合格的中空轴式静压轴承静态试验研究：包括测试仪器设备的标定调试和安装、测点位置及个数的合理确定；静态试验的工况是满载静止，根据缩比球磨机中空轴式静压轴承静态仿真成果，确定中空轴、鞍形轴承衬体和轴承座的结构静应力测点位置及个数；分别采用有线测试和无线测试的方法开展试验研究，直至测试数据稳定重复再现为止；若中空轴式静压轴承静态试验不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承静态试验合格，将静态试验合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机；
（四）、进行缩比球磨机静态试验合格的中空轴式静压轴承动态仿真研究；包括整机装配有限元模型、流体动力学模型、摩擦生热模型、边界条件确定和仿真结果分析；动态仿真的工况是满载启动和正常运行，基于中空轴与轴瓦间的流、固、热多场耦合边界条件的仿真，若中空轴式静压轴承动态仿真不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承动态仿真合格，将动态仿真合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机；
（五）进行缩比球磨机动态仿真合格的中空轴式静压轴承动态试验研究；包括测试系统设计、各种传感器标定与安装、测试系统调试、开始试验、测试结果分析；动态试验的工况是满载启动和正常运行，根据缩比球磨机中空轴式静压轴承动态仿真成果，确定静压轴承结构动应力测点位置及个数；根据中空轴与轴瓦间流、固、热多场耦合仿真分析结果，确定静压轴承油膜压力和流速测点位置及个数；若中空轴式静压轴承动态试验不合格，更改中空轴式静压轴承的初始设计，直至更新的中空轴式静压轴承动态试验合格，将动态试验合格的中空轴式静压轴承安装于缩比球磨机；
（六）静压轴承优化设计：针对动态试验合格的中空轴式静压轴承，以轴承承载能力最大和轴承消耗功率最小为优化目标，采用模糊多准则综合评价方法和融合灵敏度分析方法，在静压轴承的包角、中空轴轴颈的长度、油腔的偏位角、油腔的数量及大小、油腔的深度和油腔中出油孔的个数及位置影响因素中，来确定优化分析所需的设计变量，采用响应面模型建立设计变量和目标函数之间的近似关系，建立一个多目标优化模型，采用遗传算法或粒子群算法为优化分析工具，获得静压轴承最佳的设计参数。
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