高刚度动静压气体径向轴承的分析与实验研究

摘要

随着精密、超精密技术的发展，对气体静压轴承的刚度、精度及稳定性都提出更高的要求。由于气体的可压缩性，对提高气体润滑刚度带来很大的困难，因此，提高气体静压轴承的刚度是气体静压轴承研究领域的难点问题。 本课题组在前期通过用弹性薄板来实现可变均压槽、可变节流器复合作用的方法对新型空气静压推力轴承进行研究，并发现用弹性薄板来实现可变均压槽的结构的轴承在刚度上有明显的提高。 在此基础上本论文提出了一种能有效提高气体径向轴承刚度的结构。首先推导并简化了适宜于上述气体径向轴承的气体润滑状态控制方程和弹性薄板变形的控制方程，并给出相应的边界条件。其次，运用有限差分法对方程进行离散，在MATLAB环境下进行编程，对气体润滑控制方程采用了超松弛（SLOR）法和MATLAB工具箱中线性方程组的解法分别进行求解，对弹性薄板控制方程采用了ANSYS有限元分析和超松弛（SLOR）法分别进行求解。然后将两种控制方程进行耦合求解运算，从而得到理论计算的结果。从理论上验证了上述算法针对于提高气体径向轴承刚度的可行性。最后，在现有的试验台上对新型轴承的承载力和刚度进行了测试。并将试验结果与理论计算的结果进行了对比分析，证明了通过本文的方法可以提高气体径向轴承的刚度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1综述

1.2高刚度气体轴承的国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

2高刚度动静压气体径向轴承的结构和数学模型

2.1动静压气体轴承的工作原理

2.2高刚度动静压气体轴承的结构

2.3动静压气体轴承的气体润滑控制方程

2.3.1基本假设

2.3.2 Reynolds的推导

2.3.3压力边界条件

2.3.4气膜厚度方程

2.4数学模型的无量纲化

2.5轴承承载力和刚度的计算

2.5.1承载力的计算

2.5.2刚度的计算

2.6单性薄板变形的控制方程

2.6.1基本假设

2.6.2控制方程的推导

2.6.3边界条件

2.7小结

3高刚度动静压气体径向轴承的性能研究

3.1计算方法和编程环境的选择

3.2单性薄板控制方程数值分析

3.2.1弹性薄板控制方程的离散及边界条件的处理

3.2.2弹性薄板控制方程的分析步骤

3.3气体润滑控制方程数值分析

3.3.1气体润滑控制方程的离散及边界条件的处理

3.3.2气体润滑控制方程的数值分析步骤

3.4弹性薄板控制方程与气体润滑控制方程的耦合

3.5计算实例1

3.5.1 计算模型

3.5.2 计算结果与分析

3.6计算实例2

3.6.1计算模型

3.6.2计算结果与分析

3.7有限差分法的误差分析

3.8小结

4高刚度动静压气体径向轴承的实验研究

4.1试验原理与试验装置

4.1.1试验原理

4.1.2试验台结构

4.1.3试验台数据采集

4.2实验步骤

4.3式验结果与分析

4.3.1 试验结果

4.3.2试验结果分析

4.4小结

5结论与展望

5.1吉论

5.2本课题工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录