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圆盘止推气体静压轴承气锤自激理论分析与实验研究

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第1章 绪论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内外文献综述的简析

1.3 主要研究内容

第2章 气锤自激机理解析法分析

2.1 圆盘止推气体静压轴承解析计算方法

2.1.1圆盘止推气体静压轴承的结构、工作原理及设计参数

2.1.2 解析法求解止推轴承承载力

2.2 气锤自激的稳定判据推导

2.2.1 气锤自激的机理分析

2.2.2 轴承稳定性判据推导

2.3 结果分析

2.3.1 节流孔出口压力随气膜厚度的变化关系

2.3.2 节流孔出口压力随节流孔直径的变化关系

2.3.3 轴承承载力及刚度随气膜厚度的变化关系

2.3.4 不同供气压力下气锤自激与气膜厚度的关系

2.3.5 不同节流孔直径下,供气压力与气锤自激的关系

2.3.6 不同节流孔直径下,气膜间隙与气锤自激的关系

2.4 本章小结

第3章 气锤自激机理数值法分析

3.1 雷诺方程的数值法推导

3.1.1 气体连续性方程式的改造

3.1.2 雷诺方程式的推导

3.1.3 伽辽金加权余量法解雷诺方程式

3.1.4 利用有限元技术计算雷诺方程式

3.2 轴承静态特性研究

3.3 动态特性(气锤自激)研究

3.3.1状态方程式推导

3.4 结果分析

3.5 本章小结

第4章 气体静压止推轴承气锤自激实验研究

4.1 在静态实验装置上的气锤自激振动实验与分析

4.2在隔振平台上的气锤自激振动实验与分析

4.2.1 实验设计

4.2.2实验结果分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

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摘要

随着科技高速发展,气体静压轴承因为其摩擦功耗低、温升小和寿命长等优点,在超精密加工领域被广泛应用。但同时气体静压轴承也因其承载力小,刚度低和稳定性差都限制了气体轴承的应用,为了提高承载力和刚度,通常提高供气压力或在轴承上增设均压槽,但这样又容易出现气锤自激现象,表现为剧烈震动并伴有啸叫,因此探究气锤自激的基理,提高气体轴承的承载力,刚度等已经成为静压气体轴承技术研究的热点和难点。本文结合圆盘止推气体静压轴承,利用振动数值模拟和振动实验,研究气体静压轴承气锤自激现象的产生机理和影响因素,从而为气体轴承的设计和应用提供理论指导。本文首先利用解析法研究气锤自激问题,运用气体润滑理论,建立气体轴承-气膜力的数学模型,以D.D.fuller气体轴承稳定判据为理论基础,对圆盘止推静压轴承进行解析推导,得出气体静压轴承气锤自激稳定判定方程,并利用MATLAB进行仿真,分析止推轴承各结构参数对气锤自激的影响规律。
  然后本文运用数值法,在放弃解析法的各种假设条件的情况下,直接通过求解系统状态方程模拟气锤自激现象,其具体求解过程:构建气体静压止推轴承气锤振动的数学模型,采用有限元法并通过MATLAB计算求解雷诺方程,得出气膜厚度随时间的变化关系,来判断轴承气锤自激的发生情况,并与解析法对比进一步分析气锤自激振动现象的诱因。
  最后本文通过自行设计构建实验平台,来验证气锤自激振动产生与节流孔个数、均压槽深度,供气压力等因素的关系,验证关于圆盘止推气体静压轴承气锤自激的理论推导,为气锤自激的研究提供指导。
  本文通过解析求解、数值求解和振动实验的方法,阐述了圆盘止推气体静压轴承气锤振动现象的发生过程,探究气锤振动的产生原因,并进一步研究了圆盘止推气体静压轴承的结构参数对气锤振动现象的影响规律,为优化圆盘止推气体静压轴承的结构设计与制造提供理论依据。

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