超声波气体轴承实验台设计及实验研究

摘要

超声波气体轴承是一种新型的气体轴承，它利用超声波近场悬浮特性，以环境中的空气作为润滑介质，轴瓦在高频超声振动时挤压空气产生挤压气膜力从而悬浮转子。这种轴承除了具有一般气体轴承的转速高、无污染等优点以外，还具有稳定性高、启停过程无摩擦等特点。经过多年的发展，超声波悬浮技术及气体轴承的相关理论研究越来越成熟，许多学者提出了各种类型结构的超声波气体轴承。本文在可倾瓦轴承的基础上，提出了这种新型的超声波气体轴承，并搭建测试实验台对这种轴承进行了相关的研究工作。主要的研究工作如下：
　　提出了一种新型结构的超声波气体轴承，对其设计和加工过程进行了详细的叙述。文章总结了轴承壳体的设计、压电陶瓷片的选择等相关经验，并通过有限元仿真软件 ABAQUS对轴承进行了模态分析，得出该轴承的固有频率和振型，为后文的实验选择合适的激振频率提供了理论依据。
　　设计并搭建了超声波气体轴承性能测试实验台，通过该测试实验台测量得出轴瓦振动幅值大小与外部激振频率的关系曲线，从而得到在实际工作条件下，轴承的共振频率和振型。实验结果与前文的仿真结果进行对比差异较小，表明了理论模型的正确性。利用 MATLAB进行拟合得到轴瓦的振型曲线，为以后研究轴承表面气膜分布规律奠定了基础。另外还测量了轴瓦的振动幅值大小与输入电压大小的规律曲线，实验结果显示振动幅值与输入电压成正比。
　　设计了超声波气体轴承涡轮实验台。设计实验台的过程中，根据被测轴承的特点，选择涡轮作为驱动部件，通过静压推力气体轴承将转子悬浮，采用万能倾斜分度盘调节轴承外载荷。最后，设计了本实验台所需的供气系统。
　　使用本文设计、搭建的超声波气体轴承涡轮实验台对轴承进行了实验研究。通过实验台定性的研究了超声波气体轴承的承载能力与压电陶瓷片中输入电压、轴承外载荷及轴承间隙的关系。实验结果显示超声波气体轴承的承载能力与压电陶瓷片中输入电压的大小成正比，与外载荷的大小、轴承的间隙成反比。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 超声波悬浮技术研究概况

1.3 超声波悬浮技术在气体轴承方面的研究

1.4 本文主要研究内容

第2章 超声波气体轴承结构设计及性能分析

2.1 引言

2.2 超声波气体轴承的制作

2.3 超声波气体轴承的工作原理

2.4 超声波气体轴承的模态分析

2.5 本章小结

第3章 超声波气体轴承性能测试

3.1 引言

3.2 轴承性能测试实验台的搭建

3.3 实验测试结果及分析

3.4 本章小结

第4章 超声波气体轴承涡轮实验台的设计

4.1 引言

4.2 超声波气体轴承涡轮实验台的总体方案设计

4.3 转子结构设计

4.4 驱动部分设计

4.5 供气系统设计

4.6 本章小结

第5章 超声波气体轴承承载能力测量

5.1 引言

5.2 实验描述及测试系统的搭建

5.3 不同因素对轴承承载能力的影响

5.4 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

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