基于多孔集成节流器的气浮轴承性能研究

摘要

气浮轴承具有高精度、无污染、寿命长、工作稳定、摩擦小和无发热现象等优点，被广泛应用于各行各业，但与此同时，承载力低，刚度差等因素却无时无刻不在限制着它的使用范围，因此，国内外专家学者对气浮轴承展开了深入的研究，提出了诸多设计方案并研究出许多理论成果，使气浮轴承的性能逐渐改善。
　　本文设计出一种由多个节流孔组成的新型节流器，称其为多孔集成节流器，并对含这种新型节流器的气浮轴承性能展开研究。论文首先介绍了气浮轴承的工作原理、优缺点以及国内外研究现状。其次根据N-S方程推导出气体润滑控制方程，使用有限差分法对气体润滑控制方程进行离散化，并用MATLAB软件对离散化后的控制方程进行数值求解，求得圆形多孔集成节流器气浮轴承的承载力和刚度，通过和传统的单孔节流器气浮轴承比较，在相同的节流面积下，多孔集成节流器的气浮轴承具有更好的承载力和刚度；多孔集成节流器中节流孔数量越多，气浮轴承的承载力越大；使用新的算法求得带均压槽的矩形多孔集成节流器气浮轴承的气膜内压力分布，经过对计算结果的研究分析发现：在气膜间隙较小时，均压槽具有很好的保持气体压力作用，从而提高了气浮轴承的承载力。然后使用FLUENT软件对节流孔出口处的流场进行了仿真分析，得到节流孔出口处压力最小值位于节流孔边缘靠外一点；气膜内压力值随着半径的增加，先陡降再迅速回升，最后呈线性下降；在节流孔出口处气膜上、下表面出现压力差，气膜间隙越小，上、下表面压力值趋于一致处距节流孔中心距离越近；节流孔出口处气旋大小和气膜上表面压力降幅与气膜间隙成正比的结论,为后续多孔集成节流器的设计提供了依据。最后，设计合理的实验方案，使用实验室现有的实验设备对多种不同多孔节流器的气浮轴承承载力进行了实验测试，将实验结果和理论计算结果进行了对比，证明了本文使用的理论分析方法的可靠性。

目录

1 绪 论

1.1 综述

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

2 多孔集成节流器气浮轴承的结构原理和数学模型

2.1 气浮轴承的工作原理

2.2 多孔集成节流器气浮轴承的结构原理

2.3 多孔集成节流器气浮轴承的数学模型

2.4 气浮轴承承载力和刚度的计算

2.5 本章小结

3 多孔集成节流器的气浮轴承性能研究

3.1 数值计算方法的选择

3.2 多孔集成节流器的气浮轴承数值分析

3.3 计算实例1

3.4 计算实例2

3.5 本章小结

4 气浮轴承节流孔出口处流场分析

4.1 FLUENT软件简介

4.2 节流孔出口处流场数值计算

4.3 节流孔出口处流场仿真与分析

4.4 本章小结

5 多孔集成节流器气浮轴承的实验研究

5.1 承载力实验设备及实验原理

5.2 矩形多孔集成节流器的物理模型

5.3 实验方案设计

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 课题不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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