磁气混合轴承中弹性箔片径向动压气体轴承的数值分析研究

摘要

主动磁轴承是一种典型的机电一体化产品,是一种新型的高性能支承部件.主动磁轴承具有无摩擦,无磨损,无需润滑以及寿命长等一系列传统的滚动轴承和滑动轴承无法比拟的突出优点.气体轴承在高速支承,低摩擦、低功耗支承,高精密支承和特殊工况下的支承等领域内有绝对的应用优势.磁轴承和箔片气体轴承都有本身固有的不足,单独使用都存在一些问题.将两者结合在一起,利用它们各自的优点并克服对方的缺点,将是轴承领域的新技术,其性能要远比磁轴承或箔片气体轴承的性能优越.虽然国外对磁气混合轴承进行了研究,但最大的缺点是箔片气体轴承要占据很大的轴向空间,降低了转子动力学性能.该文研究了一种新型的磁气混合轴承结构,其特点是将箔片气体轴承集成在磁轴承的气隙里面,不占据轴向空间,因此与国外的研究有本质的区别.不仅轴向尺寸小,而且还可以提高转子动力学性能.该文在分析悬臂型弹性箔片径向动压气体轴承工作原理的基础上,做了以下几个方面的工作:(1)建立了悬臂型弹性箔片径向动压气体轴承的物理和数学模型,确立并求解了控制方程,得到了静、动态性能的稳定性分析方法,为数值分析悬臂型弹性箔片径向动压气体轴承奠定了基础.(2)建立了具有线性结构刚度和阻尼的弹性箔片轴承模型,并对这一弹性流体动力润滑(EHDL)问题建立了由非定常可压缩雷诺方程和弹性箔片平衡方程及其边界条件组成的控制方程.(3)用有限元法数值分析了悬臂型弹性箔片径向动压气体轴承的结构参数和运转参数对轴承静动态性能和稳定性的影响.推导了悬臂型弹性箔片径向动压气体轴承控制方程的有限元表达式,用Matlab语言实现了有限元数值计算.计算结果阐明了悬臂型弹性箔片径向动压气体轴承与传统轴承不同的承载和稳定性机理.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2本课题的科学意义

1.2气体轴承的发展

1.3箔片式动压径向气体轴承的发展

1.4本文工作

第二章悬臂型箔片动压气体轴物理模型、静动特性及稳定性理论分析

2.1悬臂型箔片动压气体轴承物理模型的建立

2.1.1悬臂型箔片动压气体轴承物理模型

2.2悬臂型箔片动压气体轴承承载机理，静、动特性理论分析

2.2.1悬臂型箔片动压气体轴承几何关系

2.2.2气体轴承特性方程理论分析

2.2.3静、动态性能分析

2.3转子－轴承系统稳定性

2.3.1系统稳定性的分析

2.4本章小结

第三章悬臂型弹性箔片动压气体轴承的有限元数值分析

3.1悬臂型弹性箔片动压气体轴承的有限元方程

3.2轴承控制方程的有限元方程

3.3方程的数值求解

3.4数值计算结果与分析

3.4.1气膜间隙分布和气膜压力分布

3.3.2静态性能参数

3.3.3动态性能参数

3.3.4稳定性参数

3.4本章小结

第四章悬臂型箔片动压气体轴承箔片变形的柱壳有矩理论分析

4.1箔片变形的柱壳有矩理论分析

4.1.1柱壳单元体的平衡微分方程[32]

4.1.2几何方程

4.1.3物理方程(虎克定律)

4.1.4柱壳的挠度变形方程[33'3]

4.1.5基本方程组得求解过程

4.1.6轴承承裁能力的估算

4.2本章小结

第五章结束语

一、本文主要结论

二、可进一步开展的工作

致谢

攻读硕士期间发表的论文

参考文献