多孔质气体静压径向轴承理论与实验研究

摘要

气体静压轴承是一种理想的支撑元件，因具有精度高、耐温度变化及辐射、无污染的优点而被广泛应用于机械工业、精密仪器工业、电子工业及航空航天领域中。多孔质气体静压轴承相比传统节流形式的气体轴承而言有着更高的承载能力、高刚度和优越的阻尼特性，显示出巨大的发展前景。本文开展了多孔质气体静压径向轴承的理论与实验研究，主要完成以下工作： (1)结合实验室所使用多孔质青铜材料的机械加工特性，建立了基于分形理论的表面小孔渗透率模型。气体通过具有加工堵塞层的多孔质节流器时，在多孔质材料内部流动遵循达西定律，而通过加工堵塞层的流动则遵循小孔节流规律。 (2)根据实际设计制造的多孔质气浮回转平台，建立了中心通气结构形式的全多孔质气体静压径向轴承的理论模型，确立该结构形式下径向轴承静态性能的计算公式。 (3)采用基于有限体积法的Fluent软件对全多孔质气体静压径向轴承的流场进行仿真分析，得到了多孔质材料和气膜间隙中的气压及流速分布。探究分析了影响多孔质径向轴承静态性能的6个主要因素，包括多孔质材料渗透率大小、渗透率各向异性、供气压力、轴承长径比、平均气膜厚度和多孔质材料厚度。 (4)分析了多孔质径向轴承加工过程中的渗透率变化情况。高精度气浮台由局部多孔质止推轴承和全多孔质径向轴承组成，利用气浮回转平台进行了多孔质径向轴承实验研究，验证了仿真结果的正确性。 本文为多孔质径向轴承的设计制造提供了理论及实践依据，建立了气体通过具有加工堵塞层多孔质节流器的流动模型，具有一定理论意义和工程应用价值。

目录

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字母注释表

第一章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 气体润滑轴承概述及研究现状

1.3 多孔质材料渗透率模型

1.4 Fluent简介

1.5 本文的主要研究内容

第二章 基于分形的多孔质材料加工堵塞层流动模型

2.1 前言

2.2 气体流动模型分析

2.3 实验验证

2.4 本章小结

第三章 多孔质径向轴承理论分析

3.1 前言

3.2 多孔质径向轴承压力分布方程

3.3 多孔质径向轴承静态性能分析

3.4 有限体积法简介

3.5 本章小结

第四章 多孔质径向轴承Fluent仿真研究

4.1 前言

4.2 Fluent软件及其应用

4.3 多孔质径向轴承Fluent仿真

4.4 多孔质径向轴承静态性能影响因素分析

4.5 多孔质径向轴承实物静态性能仿真分析

4.6 本章小结

第五章 多孔质径向轴承实验研究

5.1 前言

5.2 多孔质径向轴承渗透率理论及实验研究

5.3 多孔质径向轴承静态性能测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢