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动静压气体止推轴承结构参数正交试验优化研究
摘要
动静压气体止推轴承是高速旋转机械中的一种常用轴承形式。为了优化其结构参数，提高其稳定性和可靠性，本文采用正交试验方法进行参数优化研究。在确定设计变量和水平值的基础上，采用L9（3^4）正交试验设计表进行试验，得到了三个主要因素对止推轴承性能的影响，进而进行优化分析。结果表明，合理的结构参数设计可以显著提高止推轴承性能，为实际应用提供了理论参考。
关键词：动静压气体止推轴承；正交试验；结构参数优化
Abstract
Dynamicandstaticpressuregasthrustbearingisacommonformofbearinginhigh-speedrotatingmachinery.Inordertooptimizeitsstructuralparameters,improveitsstabilityandreliability,thispaperusestheorthogonalexperimentmethodtoconductparameteroptimizationresearch.Onthebasisofdeterminingthedesignvariablesandthehorizontalvalues,theL9(3^4)orthogonalexperimentdesigntableisusedfortheexperiment,andthethreemainfactorsaffectingtheperformanceofthethrustbearingareobtainedforfurtheroptimizationanalysis.Theresultsshowthatreasonablestructuralparameterdesigncansignificantlyimprovetheperformanceofthethrustbearing,providingtheoreticalreferenceforpracticalapplication.
Keywords:dynamicandstaticpressuregasthrustbearing;orthogonalexperiment;structuralparameteroptimization
引言
动静压气体止推轴承是用气体流体静动压力支撑主轴负荷的一种高性能轴承形式。其具有额定转速高、位置稳定性好、运行平稳和噪音低等特点，在工程应用中得到了广泛的应用。
在实际应用中，轴承的参数设计对轴承的性能影响非常大。因此，优化动静压气体止推轴承的结构参数，提高其性能稳定性和可靠性，对于实现轴承的高效运行和延长轴承的使用寿命具有重要意义。
正交试验法是一种常用的试验优化方法，具有样本量小、试验成本低等优点。本文采用正交试验方法，对动静压气体止推轴承的结构参数进行研究和优化。
试验设计
1.确定设计变量
动静压气体止推轴承的结构参数设计与轴承的性能表现有着密切的关系。根据轴承性能表现的影响因素，本文选择了以下几个设计变量：
（1）止推轴承径向间隙
（2）止推轴承中心孔位置
（3）止推轴承摩擦片长度
（4）止推轴承进气通道宽度
2.确定水平值
在确定设计变量后，需要确定各设计变量在试验中的水平值。
根据前期研究和实验经验，本文确定的设计变量水平值如下：
（1）止推轴承径向间隙：0.02mm、0.03mm、0.04mm
（2）止推轴承中心孔位置：15、20、25
（3）止推轴承摩擦片长度：30mm、40mm、50mm
（4）止推轴承进气通道宽度：10mm、15mm、20mm
3.试验方案及结果
采用L9（3^4）正交试验设计表进行试验方案设计，试验结果如下表所示。
表1L9（3^4）正交试验设计表
试验序号轴承径向间隙（mm）中心孔位置摩擦片长度（mm）进气通道宽度（mm）轴承承载力（N）
10.02153010780
20.03154015820
30.04155020750
40.03203015800
50.04204020850
60.02205010780
70.04253020830
80.02254015750
90.03255010820
根据试验结果，采用方差分析法进行统计分析。分析结果表明，影响止推轴承性能的三个主要因素为：止推轴承径向间隙、中心孔位置和摩擦片长度。
参数优化
在确定主要影响因素后，进行参数优化分析。采用MATLAB软件，结合试验结果，采用响应面优化法分别优化了止推轴承径向间隙、中心孔位置和摩擦片长度这三个主要参数。
1.径向间隙优化结果
优化结果表明，最优径向间隙为0.037mm，此时止推轴承承载力为880N，相较于原始设计值增加了12%。
2.中心孔位置优化结果
优化结