静压推力轴承高速重载效应及摩擦学失效研究

静压推力轴承由于能够实现运行高精度、低功耗、低功率驱动、良好吸振性能、工作寿命长和高稳定性的要求，已成为能源、交通、重型机械、航空航天、舰船制造和国防等国家重点行业领域大型数控装备的核心部件。高速重载工况下油膜剪切发热和支承油膜压力增大，油膜急剧变薄，局部形成边界润滑或干摩擦，进而经常出现摩擦学失效现象。提高重型数控装备静压推力轴承的旋转速度和承载能力，是目前亟待解决的瓶颈问题。针对静压推力轴承高速重载效应及摩擦学失效问题，系统研究润滑性能与油垫结构参数之间关系及其影响规律。建立考虑热变形和弹性变形的间隙油膜润滑性能预测模型，研究润滑性能预测的关键技术，从而实现润滑性能的提前预报。系统研究并揭示高速和重载对润滑性能的作用机制，研究揭示润滑性能的关键影响因素和影响规律，获得高速重载静压推力轴承的润滑性能和摩擦学失效预测与控制的理论与方法，从而实现静压推力轴承高速重载稳定运行。

静压推力轴承由于能够实现运行高精度、低功耗、低功率驱动、良好吸振性能、工作寿命长和高稳定性的要求，已成为能源、交通、重型机械、航空航天、舰船制造和国家重点行业领域大型数控装备的核心部件。然而，伴随着高速重载切削技术的出现，对数控装备静压推力轴承旋转速度和承载能力要求越来越高。高速重载工况下静压推力轴承间隙油膜剪切发热和支承油膜压力增大，油膜变薄且不均匀，局部形成边界润滑或干摩擦，进而经常出现摩擦学失效现象。提高重型数控装备静压推力轴承的旋转速度和承载能力，是目前亟待解决的瓶颈问题。. 本项目采用计算机仿真，并结合理论解析和实验研究方法，建立了静压支承间隙油膜的模型，系统研究了油腔形状、油腔深度和封油边尺寸等结构参数对静压推力轴承润滑性能的影响，完成了油腔结构参数的优化。依据流固耦合理论，在优化后的模型基础上，数值模拟了旋转工作台和底座的变形并确定其分布规律，得到了考虑变形的间隙油膜预测模型。研究了旋转速度和载荷对推力轴承温度场、压力场和流体速度场的影响，揭示了旋转速度和载荷对静压推力轴承润滑性能及摩擦学失效的影响机理，从而进一步探明了高速重载静压推力轴承润滑性能及摩擦学失效的关键影响因素，实现了高速重载静压推力轴承高精度稳定运行。. 该研究对发展高速重载静压推力轴承润滑先进理论技术具有重要意义，该理论及方法可为我国高速重型数控装备设计提供依据，对提高高速重型数控装备制造水平具有重大指导意义。