涡轮泵静压轴承的动力特性分析及结构优化

摘要

先进的航天发动机要求涡轮泵效率高、质量轻和尺寸小，而轴承作为涡轮泵的重要部件之一，其工作性能的好坏则是影响涡轮泵寿命的重要因素。在传统轴承无法满足涡轮泵高要求工作条件的情况下，各国都在寻找高速、长寿命、高可靠性轴承以替代传统的机械轴承。液体静压轴承以其摩擦阻力小、运动速度快、抗震性好、有较高的刚度和承载能力、不发生轴和轴承间的直接表面接触等优点满足了涡轮泵的高要求。本文主要是对静压轴承进行数值模拟，研究不同参数对其性能的影响。本文分析了液体静压轴承的工作原理、分类和主要参数，研究了静压轴承的承载能力和刚度等性能；同时介绍了流场分析软件Fluent的计算原理和软件结构，从计算流体力学的角度，介绍了CFD软件的工作过程及其优缺点；通过以上两方面的理解，为静压轴承的数值模拟的工作打下基础。根据静压轴承的结构以及几何尺寸对轴承进行数学建模，然后根据其特点对模型进行网格划分，边界条件设定和模拟计算，得到静压轴承内部的流动状况，包括压力场分布、速度场分布以及内部特殊位置的压力变化等。根据数值模拟结果，本文还分析了静压轴承在不同转速、不同进油压力、不同偏移率以及不同节流孔直径和不同油膜厚度下的承载性能和刚度性能的变化情况，并对轴承结构进行了合理优化。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的意义

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 国外的研究现状

1.2.2 国内的研究现状

1.3 研究方法的发展

1.4 本课题主要研究内容

第2章 静压轴承原理及Fluent 软件简介

2.1 静压轴承概述

2.2 静压轴承工作原理

2.3 静压轴承的分类

2.4 静压轴承的主要参数

2.5 Fluent 软件的理论基础

2.5.1 流场的数学模型概论

2.5.2 数学模型的离散方法

2.5.3 代数方程组的求解

2.6 Fluent 结构简介

2.7 本章小结

第3章 静压轴承内部流场的数值模拟

3.1 静压轴承流场研究方法概述

3.2 静压轴承的数学模型

3.3 静压轴承的动力特性系数

3.4 动力特性系数的求解

3.5 数值模拟方案

3.5.1 建立模型

3.5.2 网格化分

3.5.3 Fluent 计算

3.6 本章小结

第4章 静压轴承数值模拟结果及结构优化

4.1 数值模拟结果

4.2 不同参数下静压轴承的承载及刚度

4.2.1 不同节流孔径下的承载及刚度

4.2.2 不同偏移率下的承载和刚度变化

4.2.3 不同转速下的承载变化

4.2.4 不同进油压力下的承载和刚度变化

4.2.5 静压轴承八个特性系数

4.3 计算结果比较

4.3.1 与有限差分法计算结果比较

4.3.2 与实验结果比较

4.4 静压轴承结构优化

4.4.1 优化节流孔直径

4.4.2 油膜厚度的确定

4.4.3 优化后的八系数

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢