论文摘要

论文名称：滑滚混合轴承设计基础研究

论文作者：西安交通大学 / 吕盾

指导教师：卢秉恒、赵万华《研究领域：高速加工工艺及装备》

当相对运动速度较低时，动压轴承与转子之间处于直接接触状态，容易导致动压轴承的磨损。为克服动压轴承的低速磨损问题，本文提出滑滚混合轴承支承原理和结构。滑滚混合轴承由动压轴承和滚动轴承同轴装配构成，两轴承分别具有固定的间隙和游隙。低速阶段利用滚动轴承游隙约束转子的位置，避免动压轴承与转子的直接接触。高速阶段动压轴承支承转子，滚动轴承不干扰转子运转。

间隙比的合理设计是实现滑滚混合轴承支承原理的关键。本文提出了最大静态偏心率、最大动态偏心率和滚动轴承与动压轴承的不对中误差等与间隙比取值范围确定和影响间隙比大小的基础参数，研究了上述参数的计算方法。

针对滑滚混合轴承的低速工作状态，提出了最大偏心率的计算方法，推导出最大偏心率的计算公式。最大偏心率的计算公式为εhymax=λ+δmax/CH，在间隙比λ和动压轴承半径间隙CH一定的情况下，最大偏心率取决于滚动轴承的最大弹性接触变形量δmax。对于滚动轴承与动压轴承理想对中的情况，滚动轴承的弹性接触变形量在主轴转速为零时最大，此时滚动轴承的负荷等于外载荷。

针对滑滚混合轴承的高速工作状态，，提出了最大动态偏心率的计算方法。首先建立了滑滚混合轴承-转子系统的动力学模型，其次采用Newmark法计算了扰动力作用下转子的轴心轨迹，最后计算轴心轨迹上偏离轴承中心的最大距离及最大动态偏心率。

提出了滑滚混合轴承结构中滚动轴承和动压轴承的不对中误差模型，基于高速阶段滚动轴承与轴心轨迹不干涉要求和低速阶段滚动轴承对动压轴承的保护要求，提出了不对中公差的计算方法。不对中误差表征为误差大小和方向角两个参量，首先基于滚动轴承与轴心轨迹不干涉要求计算最大允许不对中偏差，若最大允许不对中偏差不满足低速阶段滚动轴承对动压轴承的保护要求，则最大允许不对中偏差修订为ec=εlimCH-CR-δmax。

提出了通过监测保持架转速辨别滑滚混合轴承工作状态的方法，研究了保持架转速随主轴转速的变化规律。保持架转速随主轴转速的增加呈增大、减小和不变三个变化阶段，反应了滚动轴承负荷的变化，对应不同的轴承工作状态。