磨机动压油膜轴承可视化设计及优化

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以及各种相关参数包括润滑油及载荷等匹配都非常理想的滑动轴承。动压油膜轴承靠轴颈旋转而形成油楔，与静压油膜轴承相比，不需要复杂的供油系统1捌。 磨机油膜轴承使用环境差、承载能力大、速度范围宽、动载荷不确定。相同工况下，使用滚动轴承其寿命仅有几个月，甚至更少。而使用油膜轴承其寿命有很大提高，因此油膜轴承广泛应用于磨机、轧机等大型重载机械中 。

传统油膜轴承设计方法采用经验试算法，即根据设计人员的设计经验，由轴承转速和载荷，选择轴承间隙、轴承长度、润滑油，然后查阅机械设计手册，校核轴承的承载能力系数、最小油膜厚度、流量、功耗、温升以及动特性。如果校核参数满足设计要求，则根据选用的参数进行工艺设计和制造。如果不满足，需要重新选用参数，重新校核。第二种方法采用选算式计算。即选定几组参数，同时进行计算，从而得到主要参数的设计范围，如果选定参数不在确定的范围之内，则认为是不合理的设计。以上两种这种设计方法计算量大、设计周期长、即使设计参数满足使用要求、仍不能发挥油膜轴承的最佳性能，同时设计过程不能体现油膜轴承的模型和使用状况嘲。

针对国内外激烈的竞争环境以及磨机油膜轴承使用性能要求的日益提高，油膜轴承的设计过程需要优化、润滑过程需要精细。本研究结合计算机可视化技术，对动压油膜轴承的设计过程进行可视化，避免繁琐的设计过程。并结合现代优化设计理论，优化油膜轴承的设计参数，为油膜轴承的设计、制造提供★[收稿日期]2012-12-02[作者简介]何卫星(1972-)，男，山东人，研究方向：机械制造及其自动化。

[基金项目]浙江侍育厅科研计划项1(Y200906890)，宁波市智创项l(2012B71062)。

XUEBAO 2013..2 20圜园l罾囫 何卫星呋樊红朝★柳桂国六王文斌★杨建玺--磨机动压油膜轴承可视化设计及优化 第1期指导性建议，有利于缩短油膜轴承产品开发周期，提高设计精度，降低运行成本。

-、动压油膜轴承的可视化设计以Visual C6.0为开发平台，编写交互式可视化设计软件。设计过程首先输入设计基本参数，包括轴径尺寸、锥套尺寸、转速、润滑油粘度、承受最大载荷、轴承油腔宽度和长度等并保存。为保证设计过程的广泛使用性，计算包括了动静压油膜轴承的设计。保存完毕后，输人供油压力，可对静压载荷及流量计算并可视化显示，实现静压计算校核。动压计算相对复杂，包括承载能力系数、最小油膜厚度、流量、功耗和温度计算。最后对油膜轴承的设计数据保存并显示。其设计流程如图 1所示。

图 1 可视 化设 计流 程 图Fig.1 Visualization design flow chart设计过程可视化的难点是图表数据的处理，计算机对图标不能智能识别，对图表数据不能做出选择，因此处理图表数据成为设计难点。文中将图表数据离散化，制成数据库，计算机根据数据库检索输入条件，选择合适的参数。如果输人条件在检索条件某-区间，可通过直线插值的方法来选择参数。

图 2 流 量 系数 图Fig.2 Flow coeficient chart图2所示为轴承流量系数的选择实例，设计根据轴承偏心率 和轴承宽径比B/D确定轴承的流量系数。计算机不会智能选择流量系数，因此，将图表宽径比从0.5，0.6，0.7-直离散到1.5等多条流量曲线，再分别把每条曲线离散，如宽径比为0.5时的流量系数制成数据库如表 1所示存储。如果计算偏心率为0.53时的流量系数，可选择相邻的两组离散点进行直线插值算出，偏心率O.5时，流量系数为0.1，偏心率0.6时，流量系数为0.107，插值后偏心率为 0.53时流 量 糸效力 0.102。

表 1 宽径比为 0.5的流量系数偏心率 0.1 O.2 0-3 0-4 0.5流量系数 0.037 0.056 0.072 0.086 0.1偏心率 0.6 0.7 O.8 O.9 1.O流量系统 0.107 0.18 0.19 0.13 0.O5这种图表处理数据量大，但易于计算机编程计算和检索。计算过程中其它图表做相同的处理。

二、动压油膜轴承的设计优化动压油膜轴承可视化设计的结果能满足设计的叻能要求，但轴承运行并不是最优状态。

优化设计选定改善的-个或几个量作为目标函故，在-定约束条件下，以数学方法和电子计算机为工具，不断调整设Ii参量，最后使目标函数获得最佳设计。油膜轴承优化设计以获得最大承载能力与良好的工作状态作为构造目标函数的依据。其综合J--2013.2.20 X UEBA0圜困固囫 何卫星★樊红朝★柳桂国★王文斌★杨建玺--磨机动压油膜轴承可视化设计及优化 第1期目标函数应包括：按承载量最大的分目标函数，按发热量最小的分目标函数，摩擦系数最小的分目标函数，轴承长径比分目标函数[61，采用线性加权和的形式，构成综合目标函数：取未知量x]x，X2，xJ ，B/D， ，取变量 k。0.5，k2O.1，k30.2，k40.2，k为加权系数，它可根据各分目标函数在总的目标函数中的分量来确定(-般采用经验法)。

分别确定约束条件：最小油膜厚度约束条件，轴承宽径比约束条件，相对间隙约束条件，润滑油粘度约束条件等。

确定优化设计数学模型min F(X)以及以上约束条件后，利用优化设计约束求解法解出最优解。

利用以上方法，优化设计大型磨机的长径比、最袖隙和润滑油粘度。磨机轴承直径为2300mm，承受载荷为3700kN，轴承线速度为 1.14nds，选用标号130#-70#之间的润滑油〃立多目标方程：5x其约束条件：9·2-O.5 1 30.2 x2 0.60.14 3≤0.17用 Maflab软件求解：建立 M文件function fmyfun(x)f-7 x(2) x(3)/x(1 3.58 X(2) x(3)/x(1)0.55 X(1)/x(2) 1.51.6/x(2)2 x(2)在命令区输入A[-1 00；1 00；0-1 0；0 1 0；00-1；00 11；b[-0.5；3；-0.2；0.6；-0.14；0.17；xO[O.5；0.2；0.14；Ix，fva1]fmincon(###myfhn，x0，A，b)可得结果：x[1.0826 0.6000 0.1400解得最优值为x[1.0826 0.6000 0.1400]。

三、可视化及优化设计实现(-)可视化程序实现根据可视化设计过程，制作图表数据库，设计插值算法，并编制设计程序，设计过程分为输入数据、静压计算、动压计算以及结果显示。程序输入数据如图3所示，输出可视化结果如图4所示。

图3 参数输入Fig.3 Parameter input圜困国囫 徐玉成--基于ADXL345的铁路列车振动舒适度检测与评价 第1期四、结束语三轴数字加速度计 ADXL345小巧纤薄，功耗低，功能强大，将它应用于铁路列车的振动加速度测量中，可以使得检测系统硬件电路简化，精度提高，抗干扰性能和可靠性增强，对于铁路客车振动加速度的检测和研究铁路客车的振动舒适度起到极好的作用。随着人们对于该加速度计了解的深入，它必将在振动监测方面得到更加广泛的应用。