平面静压气体轴承静动态性能研究

摘要

静压气体轴承以其固有的无摩擦、高速高精度等优异性能而被广泛应用于超精密和超高速运动设备中的运动导向部件。但气体轴承因刚度低、阻尼小,以及稳定性较差等缺点限制了其应用。为了在提高轴承的承载力和刚度的同时实现更高的精度和稳定性,国内外学者国内外学者们进行了广泛深入的研究。目前对静压气体轴承静动态性能的研究主要针对固有节流轴承和小孔节流轴承,而对沿圆周离散分布压力腔的小孔节流静压气体轴承静动态特性及稳定性的研究工作,尚未见诸报道。因此,本文主要针对圆形平面静压气体轴承静动态性能的数值计算方法及轴承参数对其静动态性能的影响规律进行了研究。
　　本文首先建立了供气系统到节流孔之间的一元可压缩等熵流动模型并推导了描述气膜内压力分布的雷诺润滑方程,基于质量流量守恒原理并采用超松弛迭代数值算法求解了气膜内压力分布,进而计算了静承载力和静刚度等静态性能参数,分析了几何参数和工艺参数对其的影响规律。
　　在气体轴承的静态性能分析基础上,利用摄动法并结合稳态雷诺方程,建立了气膜润滑的动态雷诺方程,推导出了圆形平面静压气体轴承的动态刚度系数和动态阻尼系数的计算方法。通过有限差分法进行数值计算得到了气膜压力动态分布,考察了气膜间隙、供气压力及扰动频率对轴承的动态性能的影响,并研究了各因素对气体轴承的稳定性影响规律。
　　对平面静压气体轴承进行了实验测试,对比分析了实验数据和数值计算结果,验证了所建立数学模型和数值计算方法的准确性和采用该模型和计算方法进行动态性能研究的合理性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题的来源与意义

1.2气体轴承的类型

1.3国内外气体轴承的研究概况

1.4气体轴承的数值计算方法

1.5本文的主要内容

2 平面静压气体轴承的数学模型与数值计算方法

2.1引言

2.2静压气体轴承的基本原理

2.3静压气体轴承润滑的基本理论

2.4摄动法求解雷诺方程

2.5有限差分法求解雷诺方程

2.6本章小结

3 平面静压气体轴承的静态性能

3.1引言

3.2圆形平面静压气体轴承的结构形式

3.3圆形平面静压气体轴承静态性能的数值计算

3.4静态性能的计算结果分析

3.5本章小结

4 平面静压气体轴承的动态性能

4.1引言

4.2气膜润滑的动态雷诺方程

4.3动态性能参数的数值计算

4.4动态性能参数的计算结果分析

4.5本章小结

5 平面静压气体轴承的实验研究

5.1引言

5.2实验装置

5.3静态性能实验过程及实验结果分析

5.4本章小结

6 总结和展望

6.1全文总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表学术论文