计入深腔气穴及浮环质量的三维浮环轴承特性研究

摘要

动静压浮环轴承具有摩擦功耗低、精度高、寿命长、稳定性好、油膜刚度高等优点，在空分、钢铁、发电和高速旋转机械领域具有良好的应用前景。目前对动静压轴承的研究主要集中在单层油膜轴承，对于动静压浮环轴承-转子系统，特别是浮环轴承深腔中的气穴现象以及浮环质量等因素对轴承-转子系统的影响，还未进行深入研究。 本文对具有深浅腔的径向-推力联合动静压浮环轴承在计入深腔气穴的情况下进行了理论分析，建立了两相流数学模型及公式，编制了计算机程序，求得了该轴承静、动态特性；并对圆锥浮环动静压轴承在计入浮环质量时研究了其稳定性，得出了一些有意义的结论，为进一步研究浮环轴承一转子系统稳定性和工程应用奠定了一定的理论依据。 首先，导出了径向及推力动静压浮环轴承内、外层油膜圆柱坐标系、极坐标系下的无量纲广义Reynolds方程；在此基础上引入气油两相流物理模型，并推导出了含惯性项的变密度、变粘度的广义Reynolds方程：无量纲化后，利用八节点等参元法求解出了该种轴承内、外层油膜的压力场，并计算了该轴承得静、动态特性，讨论了不同工况下的变化规律，绘制了可作工程参考的特性曲线。 其次，推导了计入浮环质量和运动状态的圆锥浮环动静压轴承-转子系统动力学方程和稳定性计算公式。在求解方程后，与不计浮环质量和其运动状态的稳定性结果进行比较，得到了一些重要结论。 文中给出的数据及图表可供设计者参考。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章绪论

1.1动静压轴承现状及发展趋势

1.2本课题的提出及研究内容

第二章流体动压润滑的基本关系

2.1质点运动方程

2.2连续方程

2.3广义牛顿粘性定律

2.4 Navier-Stockes方程

2.5基本方程简化的假设

2.6含惯性项的广义雷诺方程

第三章径-推联合浮环动静压轴承两相流模型的建立

3.1深腔边界条件及膜厚公式

3.1.1深腔结构图

3.1.2深腔压力边界条件

3.1.3深腔流量边界条件

3.1.4深腔油膜厚度

3.2流场模型的建立

3.3径向部分深腔数学模型

3.4轴向部分深腔数学模型

第四章含深腔气穴的动静压轴承静特性

4.1径向部分

4.1.1静特性参数(v1=v2=0)

4.1.2静特性参数的无量纲化因子

4.1.3无量纲化静特性参数

4.2推力部分

4.2.1静特性参数(v1=v2=0)

4.2.2静特性参数的无量纲化因子

4.2.3无量纲化静特性参数

第五章含深腔气穴的动静压轴承动特性

5.1小扰动下的Reynolds方程

5.1.1径向部分

5.1.2轴向部分

5.2刚度系数和阻尼系数

5.2.1径向部分

5.2.2轴向部分

5.3内外油膜的总刚度及总阻尼系数

5.3.1总刚度系数

5.3.2总阻尼系数

第六章含深腔气穴的动静压轴承有限元分析

6.1径向部分

6.1.1等参变换图

6.1.2形函数的选取

6.1.3有限元分析

6.2推力部分

6.2.1节点划分

6.2.2有限元分析

6.3油膜压力的计算方法

6.3.1流量平衡方程

6.3.2无量纲化流量平衡方程

6.3.3流量平衡方程的有限元分析

6.3.4收敛准则

6.4程序编制

6.4.1有限元方程的处理

6.4.2程序编制

第七章计入浮环质量时浮环轴承—转子系统稳定性初步研究

7.1内外膜相互作用力学模型

7.2 Routh-Hurwitz判别法

7.3油膜力所做的功

7.4失稳角速度的计算

7.5结论

7.6编制程序

第八章计算结果及分析

8.1计入深腔气穴影响时原始设计参数

8.1.1基本参数

8.1.2径向部分参数

8.1.3推力部分参数

8.2计入浮环质量时原始设计参数

8.2.1基本参数

8.2.2内外油膜参数

8.3计入深腔气穴影响时计算结果及分析

8.3.1气穴对静特性影响

8.3.2气穴对动特性影响

8.4计入浮环质量时计算结果及分析

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目和发表的学术论文