气体轴承织构润滑特性及主动控制研究

摘要

气体轴承由于具有良好的性能优点而被广泛应用于高速精密机械、医疗器械及电子工业等行业。本文针对气体轴承主要进行了两方面的研究;以固定瓦-可倾瓦组合气体轴承为研究对象，分析凹坑织构对其润滑性能的影响;另一方面基于压电作动器研究了主动径向润滑气体轴承的动力学响应。具体内容如下: 1、基于具有球形凹坑织构的固定瓦.可倾瓦组合气体轴承动压润滑模型，运用有限差分法求解气体润滑Reynolds方程，利用坐标转换及组装技术获得组合气体轴承的非线性气膜力及承载力和摩擦力，分析了不同织构条件下，球形凹坑织构的分布位置和几何参数对组合气体轴承润滑性能的影响。 2、以组合气体轴承的承载力最大和摩擦力最小为优化目标函数，基于球形凹坑织构最大深度、单元面积率、周向织构率等优化变量的可取范围，运用遗传算法进行优化计算，获得了达到优化目标的织构优化参数;同时将局部织构和全织构条件下组合气体轴承的润滑性能进行比较。 3、基于圆柱型气体轴承支承的对称Jeffcott转子模型，运用直接积分法求解了轴承转子系统的动力学方程，并结合有限差分法求解Reynolds方程得到非线性气膜力，通过轴心轨迹图、Poincaré映射图和时间历程图分析了不同转速下轴承-转子系统的动力学响应;选择了合适的压电作动器，建立其线性模型并得到输入电压与输出位移的线性关系。 4、建立了基于压电作动器和PD控制器的主动径向润滑气体轴承模型，推导出主动气体润滑Reynolds方程，运用有限差分法求解得到主动径向润滑气体轴承的气膜压力分布，基于Runge-Kutta法分析了该主动控制系统的动力学响应，并与未加主动控制时的动力学特性进行了对比。 上述研究为固定瓦-可倾瓦组合气体轴承的表面织构设计及提高气体轴承-转子系统的稳定性提供了理论依据。

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