[发明专利]利用三维泛锥楔形间隙参数化设计动压径向轴承的方法

说明书

技术领域

本发明涉及轴承设计领域，特别涉及一种利用三维泛锥楔形间隙参数化设计动压径向轴承的方法。

背景技术

动压径向轴承在高速时具有寿命长、运转平稳、冲击和振动敏感性小的优点，它的出现，使设计复杂产品的时候不再选用复杂的滚动轴承，取而代之的是选用结构更为简单性能更为优良的动压径向轴承，动压径向轴承是一种高效、经济性极佳的轴承体系，如今在涡旋压缩机、风力机、农业机械以及建筑工程机械的设计制造过程中逐渐采用动压径向轴承来替代传统的滚动轴承，随着现代机械向大型化、高速化、高性能方向的不断发展，动压径向轴承的设计理论与采用新技术的产品开发已经成为改善或提高机组性能非常重要的研究课题和发展方向。

动压径向轴承的动力润滑特性由楔形间隙确定，准确地形成最佳楔形间隙是设计和制造动压径向轴承的主要任务之一，也是开发新型动压轴承的着眼点，动压轴承的不少改进都是围绕着改进楔形间隙而进行，对其研究具有重要意义。动压径向轴承的楔形间隙由轴承内孔面和轴的外表面包围的空间所确定，因此，对楔形间隙的研究也就是对孔轴形状曲面的研究，设计动压径向轴承的本质就是设计孔轴形状曲面。

最常用的动压径向轴承由圆柱轴和圆柱孔构成，通过调整二者的偏心距和半径间隙来调整楔形间隙。随着机械工业的发展和产品质量及性能提高，结合楔形几何学与动力润滑基本理论研究，研究者突破传统轴承型面圆柱面的几何形式限制，先后在固定瓦轴承技术领域里创造了椭圆轴承，错位圆或错位椭圆轴承、螺旋槽轴承、多油叶或多油楔、波浪式等轴承结构形式。

目前国内外对动压轴承孔轴形状曲面的研究，其出发点都是基于轴的形状不变，只针对轴承孔的固有型面进行改进、修型和优化，以获得动力润滑性能良好的径向轴承；局限于对轴承孔周向或轴向的二维形状进行研究，忽略影响动力润滑特性关键因素－楔形间隙的三维空间几何形状曲面特性的研究。由于受动压轴承孔轴型面数学模型固有特性的限制，只是通过调整轴与轴承的相对位置以及轴承内表面形状来改变楔形间隙，不能对表征动压轴承型线本质特征的根本因素—动压轴承孔轴三维形状函数表达式本身进行优选，这样难以在动力润滑径向轴承的设计研究和创新中取得根本性突破。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用三维泛锥楔形间隙参数化设计动压径向轴承的方法，本发明从动压轴承可变孔轴三维楔形间隙函数这一源头出发，得到具有最佳性能的动压轴承数学模型，由此数学模型获得具有更好性能的动压轴承，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。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

该种利用三维泛锥楔形间隙参数化设计动压径向轴承的方法，包括以下步骤：

步骤一：采用柱坐标对三维泛锥进行有效地参数化，设以轴的旋转中心轴为Z轴，轴承径向二分之一截面与Z轴的交点为坐标系的原点，设轴承孔的曲面方程为                                                ，轴的曲面方程为，三维泛锥楔形间隙可由函数表示，其中z表示轴向坐标，θ为轴的转角，r_s(θ)为轴的极径，r_b(θ)为轴承孔的极径，下标b,s分别表示轴承内表面和轴外表面；

步骤二：基于付里叶级数对二维（周向）径向轴承型线进行泛函表示：

 

其中为该方程的待定系数；

步骤三：以表达式（1）为基础，设定三维泛锥中的r_b与r_s，表达如下：

 (3)

步骤四：基于稳定性考虑，轴的中心线与回转中心线必须一致，因此轴的曲面在周向并不能任意变动，其横截面必须是以回转中心为中心的圆，式(3)简化如下：

               (4)

步骤五：设定三维泛锥楔形间隙轴向形状以轴承轴向中心对称，用偶函数表示，得到表达式（5），

         (5)

cm为待定系数，λ为轴向无量纲坐标，，L为轴承宽度，取值范围：-1~1。

综合表达式（1）-（5），带入得到三维泛锥楔形间隙参数化函数表达式如下：

；

步骤六：以步骤五中的表达式（6）建立数学模型，以软件形式固化至计算机中，以可变的通用函数系数组成变量组A：