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静压轴承以承载能力高与使用寿命长等优点被广泛应用到大型球磨机等重型矿用设备。然而,在静压轴承运转过程中,轴承安装误差、中空轴变形等因素造成的润滑油碳化、轴瓦表面胶合等烧瓦问题时有发生,降低了静压轴承的可靠性。静压轴承的失效将导致磨机整机停机,造成严重的生产事故和经济损失。因此,研究静压轴承流场、油膜完整性、静动态刚度对大型磨机静压轴承的设计具有重要的工程应用前景。本文研究内容依托国家自然科学基金项目(NO.51265020)“多场耦合条件下中空轴式重载静压轴承设计理论与方法”,对中空轴、开式静压轴承等结构变形与油膜特性之间的耦合作用机理进行研究。分析了轴承工作载荷、中空轴偏转等因素对油膜压力、厚度、刚度的影响,形成用于研究中空轴式重载静压轴承流固耦合仿真分析方法。主要研究内容如下:(1)通过对球磨机整机模型进行简化、划分网格、设置材料参数建立了磨机静压轴承单向流固耦合仿真模型,对磨机不同工况进行受力分析,求得了静压轴承工作载荷,确定了流固耦合分析边界条件。(2)结合静压轴承油膜CFD仿真结果与静压轴承有限元接触模型对静压轴承进行单向流固耦合分析。对满载静止工况下的油膜进行CFD仿真求解,将油膜压力作为静压轴承载荷之一对静压轴承进行单向流固耦合分析,获得了轴瓦(轴衬)、轴承座的应力分布,轴衬与轴承座的接触状态,回转体应力与变形分布规律。结果表明中空轴两端面最大变形量相差0.2 mm,接近最小油膜厚度。(3)形成了一种静压轴承双向流固耦合仿真分析方法。分析了静压轴承工作载荷、中空轴偏转角对油膜压力的影响规律,与油膜CFD仿真结果进行对比,在油膜轴向对称面上,双向流固耦合计算得到的油膜压力明显大于CFD计算结果;对油膜厚度的分析表明中空轴、轴瓦的变形对油膜厚度影响较大,在油腔位置油膜厚度处于较安全范围,在靠近轴向与周向封油边附近油膜厚度处于较危险范围。(4)总结了静压轴承油膜刚度的求解方法与影响因素。对不同节流方式下的油膜静刚度进行了理论计算分析,结果显示:在相同情况下,小孔节流比毛细管节流静刚度大,静压轴承偏心率小时静刚度大。采用扰动位移法对不同载荷、中空轴偏转角、轴承间隙下的油膜动刚度系数进行了分析,结果表明上述参数的改变对油膜动刚度系数有较大影响。本文通过大型球磨机静压轴承的流固耦合仿真分析,得到了油膜压力、厚度分布规律及油膜刚度,为大型球磨机静压轴承的设计供了参考依据。