新型小孔节流静压气体轴承承载特性的研究

摘要

静压气体轴承由于具有摩擦阻力小、运转速度快、工作精度高及工作范围广等优点已经在精密加工、微电子和航空航天等领域得到广泛应用。但在工程应用中人们也遇到一些问题，例如，在超高转速下，尤其在转速超过每分钟20万转时，转子很容易失稳，轴承会发生很严重的磨损甚至“卡死”现象。此外，气体轴承的承载能力比较低。由于气体的工作特点，气源压力不能过大，否则会出现气锤自激振动，导致轴承稳定性降低，或者在气膜中出现超音速区降低承载能力。因此，如何提高承载能力和稳定性对静压气体轴承的推广应用有重要意义。传统的静压气体轴承静态性能的计算，通常在一系列的假设条件下对雷诺方程进行二维简化求解，忽略气体惯性力和动压效应的影响，不能精确反映润滑气膜内的三维流动，因此得到的结果与实际工程情况有一定偏差。
　　针对静压气体轴承承载力较低、稳定性较差的缺点，本文提出了一种新型的小孔节流器。这种新型的节流器，是将每1个节流孔用4个直径较小的节流孔代替，替换之后的4个小节流孔的节流面积之和等于原来1个节流孔的节流面积。本文经过研究证明，此类型节流器在一定条件下可以提高静压气体轴承的承载能力，具有可行性。节流器特征的变化，使有限元法和有限差分法对节流孔处的处理变得十分困难。因此，本文利用流体力学软件FLUENT，建立三维的气体轴承模型，从研究静压气体轴承内部的流场入手，将节流类型和轴承参数对小孔节流静压气体轴承静态特性的影响作了详细的分析。
　　本文的研究内容主要包括三个部分。首先，分析了Fluent应用于静压气体轴承中的可行性，对Fluent进行静压气体轴承计算的方法、特点与难点作了介绍。其次，研究了节流孔直径和气腔直径对静压止推气体轴承静特性的影响；分别分析了气膜厚度、轴承转速、供气压力、偏心率、节流孔轴向距离等轴承计算参数对止推气体轴承和圆柱气体轴承静特性的影响。最后，对本文取得的仿真值做了实验验证，分析了误差产生的原因，证明了本文数据的可靠性。
　　本文的研究成果丰富了气体轴承的设计、制造方法，为今后设计新型静压气体轴承提供了一些指导，对从事此方面研究工作的人员具有一定的参考价值。

目录

新型小孔节流静压气体轴承承载特性的研究

RESEARCH ON LOAD CHARACTERISTICS OFEXTERNALLY PRESSURIZED GAS BEARINGSWITH NEW ORIFICE-TYPE RESTRICTOR

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 小孔节流静压气体轴承的发展概况

1.3 静压气体轴承的节流器及其特性

1.4 本文的主要研究内容

第2 章 静压气体轴承与计算流体力学的基本理论

2.1 引言

2.2 静压气体轴承的基本理论

2.3 计算流体力学基础

2.4 本章小结

第3 章 单排多孔供气型静压止推气体轴承静特性分析

3.1 单排多孔供气型静压止推气体轴承的结构及工作原理

3.2 轴承计算参数的分析

3.3 建立仿真模型

3.4 计算结果分析

3.5 本章小结

第4 章 双排供气孔型静压圆柱气体轴承静特性分析

4.1 圆柱气体轴承的结构及工作原理

4.2 轴承计算参数的分析

4.3 建立仿真模型

4.4 计算结果的分析

4.5 1 个大节流孔被多个孔替代后静特性分析

4.6 本章小结

第5 章 仿真值的验证分析

5.1 有限元法的介绍

5.2 FLUENT 仿真值的验证

5.3 平面静压止推气体轴承的实验分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢