新型空气静压推力轴承的数值模拟与实验研究

摘要

随着科学技术的发展，以气体为润滑剂的轴承以其极小的摩擦系数，极高的回转精度和无污染等优点在精密机械与仪器中获得了越来越广泛的应用。它的出现是微细加工和超精密加工发展的客观体现，也是适应环保节能的重要途径。所以，气体轴承具有非常广泛的应用范围和应用前景。但是，对气体轴承性能的研究却发展缓慢。计算机技术的出现和高速发展为研究气体轴承的性能提供了一种有效的手段-数值模拟。本文对气体轴承的数值模拟及其实验技术进行了较为详细的研究。 所谓新型空气静压轴承是指可变均压槽和刚性均压槽结合运用的新结构轴承，在前期对气体静压推力轴承研究中我们得到带有均压槽的轴承刚度要高一些，在此基础上本文提出了这种新结构轴承，通过研究表明这种新结构可以更好的提高轴承刚度。 论文首先介绍了本文研究课题的整体情况，回顾了前人在气体轴承领域的研究现状，简述了本文的研究背景和工作；其次，推导并简化了气体润滑轴承的基本方程式-雷诺方程，根据板壳理论推导了弹性薄板的控制方程，为随后的数值分析建立了新型气体静压推力轴承的数学模型；然后利用VB6．0编制程序，采用有限差分法，将静压推力轴承按气膜厚度不同划分计算区域，对新型空气静压推力轴承的数学模型进行了数值计算，得到理论计算的结果。在实验方面，本文采用了新型空气静压推力轴承实验台，测量气膜厚度及其对应的载荷，并对实验台的工作原理、使用方法和实验数据的处理进行了探讨，与理论分析结果进行了对比分析。对有限差分法的原理和精度问题也略作讨论。从理论和实验两方面研究了运用可变均压槽提高刚度的新型气体静压推力轴承的性能。计算结果与实验结果有良好的一致性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1综述

1.2气体润滑轴承的发展概况

1.2.1提高气体润滑轴承刚度的研究现状

1.2.2气体轴承性能研究中的数值分析方法

1.2.3数值分析方法在气体轴承性能研究中的发展现状

1.3课题背景

1.4本文的研究工作

1.4.1学术思想、特点与创新之处

1.4.2技术路线与措施

1.5本章小结

2新型气体静压推力轴承的数学模型

2.1气体轴承的简要介绍

2.1.1从滑动轴承、滚动轴承到气体轴承

2.1.2气体轴承的分类

2.2弹性薄板控制方程的建立

2.3新型轴承气体润滑控制方程的建立

2.3.1 Reynolds方程的推导

2.3.2 Reynolds方程的简化

2.3.3新型气体静压推力轴承的气体润滑控制方程

2.4 边界条件

2.4.1速度边界条件

2.4.2 压力边界条件

2.4.3对称边界条件

2.5 本章小结

3新型气体静压推力轴承的数值分析方法

3.1数值计算的原理—有限差分法的建立

3.1.1常用数值分析方法的比较

3.1.2有限差分法的建立

3.2新型空气静压推力轴承性能的数值分析方法

3.2.1弹性薄板变形控制方程及边界条件的离散化处理及计算步骤

3.2.2气体润滑控制方程的数值分析原理及计算步骤

3.2.3弹性薄板控制方程与气体润滑控制方程的耦合过程

3.3性能计算的程序实现

3.4计算实例

3.5有限差分法的误差分析

3.6本章小结

4新型空气静压推力轴承的实验研究

4.1试验装置

4.1.1试验台的工作原理

4.1.2试验台的结构

4.1.3试验台的调平与标定

4.2试验方法与数据处理

4.2.1试验方法

4.2.2 数据处理

4.3实验内容

4.4.实验分析

4.4.1对新结构轴承最佳工作条件的选择

4.4.2刚性均压槽轴承和弹性可变均压槽轴承刚度的比较

4.4.3数值曲线与实验曲线的对比与分析

4.5 本章小结

5结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录