動壓氣體徑向軸承在高速旋轉(zhuǎn)機械中的應(yīng)用前景廣泛,但當(dāng)前存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承載力較低、黏性摩擦力較大的缺點制約氣體軸承的發(fā)展。針對這些缺點,結(jié)合非光滑表面理論,本文提出將非光滑表面理論運用到動壓氣體徑向軸承結(jié)構(gòu)上,研究非光滑軸瓦表面對氣體軸承的氣膜流場動力特性的影響規(guī)律。本文首先建立光滑剛性表面動壓氣體徑向軸承模型,采用“自頂向下塊結(jié)構(gòu)”方法劃分網(wǎng)格,通過FLUENT軟件計算30000r/min、90000r/min、150000r/min三種不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下光滑表面氣體軸承氣膜流場的動力特性。然后建立多種不同結(jié)構(gòu)的新型圓弧槽道氣體軸承模型。通過改變影響軸承結(jié)構(gòu)的槽深、槽寬、槽數(shù)及凹槽位置等結(jié)構(gòu)參數(shù),分析計算各類型氣體軸承的氣膜穩(wěn)態(tài)動力特性,得到不同轉(zhuǎn)速下各類型氣體軸承的氣膜壓力分布、氣膜承載力以及氣膜黏性摩擦力研究結(jié)果,并與光滑表面氣體軸承進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),槽深、槽寬、凹槽數(shù)分別為0.5mm、8°、18的圓弧槽道軸承的氣膜流場特性較好;相比光滑表面氣體軸承,不同轉(zhuǎn)速下氣膜承載力分別提高5.39、5.11、5.29倍,氣膜黏性摩擦力減小到光滑表面氣體軸承的21.89%、24.81%、23.09%。最后考慮轉(zhuǎn)子啟停過程中的穩(wěn)定性,提出長方形與球缺形兩種凹坑型軸瓦結(jié)構(gòu)模型,通過改變控制凹坑面積率與長寬比的結(jié)構(gòu)參數(shù),分析兩種凹坑型軸承的氣膜穩(wěn)態(tài)動力特性,并與光滑表面氣體軸承進(jìn)行比較。結(jié)果表明,長方形凹坑型軸承的氣膜穩(wěn)態(tài)流場特性相比球缺形凹坑型軸承與貫穿型圓弧槽道軸承更加優(yōu)異。通過以上研究為動壓氣體徑向軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)與數(shù)值計算提供可行途徑。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.37
【部分圖文】：

也有很多為減小運動時的流動阻力用到非光滑結(jié)構(gòu)的例子。例如圖1.1（a）所示的鯊魚皮泳衣，這類泳衣通過仿造鯊魚的表皮構(gòu)造，減小泳者入水后的水流阻力；圖 1.1（b）所示的高爾夫球，其表面做成凹痕眾多的結(jié)構(gòu)，一方面通過促使球體繞流的湍流轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象發(fā)生，減小飛行過程中球體前后形成的阻力，另一方面其表面形成的小突起在球體旋轉(zhuǎn)過程中會增大升力，進(jìn)一步增加高爾夫球在空中的運動時間。由于潤滑氣體在氣體軸承中的流動與空氣在高爾夫球周圍的旋轉(zhuǎn)流動類似。本文聯(lián)系非光滑表面的減阻原理，重新布局動壓氣體徑向軸承的結(jié)構(gòu)，分析非光滑軸瓦表面對動壓氣體徑向軸承動力特性的影響，并與剛性表面動壓氣體徑向軸承的的動力特性進(jìn)行比較，得到動壓氣體徑向軸承采用非光滑軸瓦表面時動力特性優(yōu)異的結(jié)構(gòu)參數(shù)。1.1.2 理論意義目前動壓氣體徑向軸承還需要面臨承載能力較低、黏性摩擦力較大、穩(wěn)定性較差等相關(guān)依然存在的難題。研究如何解決上述提到的容納多學(xué)科理論的問題，對整個氣體軸承理論體系的建立有著強烈的推動作用。另一方面，目前動壓氣體徑向軸承的相關(guān)先進(jìn)研究成果主要掌握在西方少數(shù)國家，例如美國宇航局(NASA)、莫霍克創(chuàng)新技術(shù)公司（MTI），霍尼韋爾公司（Honeywell），英國伯明翰大學(xué)，日本東京大學(xué)等[9]。而國內(nèi)對它的相關(guān)研究較少，也僅集中在中國科學(xué)院大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等有限的幾所高校中。而氣體軸承的相關(guān)研究對推動我國航空航天事業(yè)、精密儀器加工事業(yè)、低溫工程、醫(yī)療器械等方面的發(fā)展有著很大的作用。

中北大學(xué)學(xué)位論文槽非光滑表面SA 研究人員 Walsh 等[51]首先發(fā)現(xiàn)在流體順流過程中，微小的溝槽面對流體的摩擦阻力。緊接著，溝槽非光滑表面的減阻效果得到在此基礎(chǔ)上對溝槽的形狀進(jìn)行不斷改變與優(yōu)化，發(fā)展出V 形、U形四種類型的溝槽非光滑表面，如圖 1.2 所示。

的工作原理是根據(jù)氣體動壓潤滑的理論，子與軸瓦表面形成的楔形空隙時，形成潤壓力分布，提供轉(zhuǎn)子必要的承載力，達(dá)到的楔形效應(yīng)是動壓氣體徑向軸承能夠不需用就可產(chǎn)生承載力的主要原因。圖 2.1 表體徑向軸承，代表軸承表面曲率的數(shù)值項方向來看，可以將軸承表面與轉(zhuǎn)子表面展氣體所充滿，潤滑氣體在轉(zhuǎn)子表面與軸瓦膜，并由大間隙方向向小間隙方向運動，在楔形區(qū)域中產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子的承載力。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉占生;許懷錦;;波箔型動壓氣體徑向軸承的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J];軸承;2008年01期

2 張海軍;沈劍英;楊琴;;一種有效的動壓氣體徑向軸承承載力數(shù)值解法[J];機械設(shè)計;2011年04期

3 董衛(wèi)華;幾何加工精度對氣體動壓徑向軸承性能的影響[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;1994年05期

4 陳元先,楊燕生;懸臂式撓性薄片氣體動壓徑向軸承分析研究[J];航空動力學(xué)報;1999年02期

5 陳元先,錢傳衢;懸臂式撓性薄片氣體動壓徑向軸承試驗研究[J];航空動力學(xué)報;1999年02期

6 龐曉平;陳進(jìn);王家序;;采用通用膜厚方程的動壓徑向軸承形狀優(yōu)化[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2009年01期

7 毛謙德;杜遙雪;李振清;;可傾瓦氣體徑向軸承的動態(tài)性能分析[J];兵工學(xué)報(坦克裝甲車與發(fā)動機分冊);1991年02期

8 徐潤;馬希直;;基于彈性殼體模型的波箔型氣體動壓徑向軸承靜特性分析[J];潤滑與密封;2010年01期

9 范宗旺;張正杰;李琪飛;;燈泡貫流式水輪發(fā)電機組徑向軸承檢修[J];水電與抽水蓄能;2018年02期

10 許國彥;;燈泡貫流式水輪發(fā)電機徑向軸承瓦燒損分析[J];防爆電機;2016年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 毛謙德;周勇;彭榮濟;李振清;;可傾瓦氣體徑向軸承的理論和試驗研究[A];第五屆全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];1992年

2 錢祥瀽;唐偉楓;湯勝常;;可傾瓦徑向軸承的特性及參數(shù)分析(一)[A];第二次全國摩擦磨損潤滑學(xué)術(shù)會議論文集[C];1979年

3 張海軍;祝長生;楊琴;;微氣體徑向軸承穩(wěn)態(tài)性能稀薄效應(yīng)分析[A];第八屆全國轉(zhuǎn)子動力學(xué)學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2008年

4 盧澤生;于雪梅;;局部多孔質(zhì)石墨氣體靜壓徑向軸承特性的研究[A];2006全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集（一）[C];2006年

5 謝沛霖;陳燕生;;液體靜壓多腔徑向軸承動態(tài)性能參數(shù)和穩(wěn)定性[A];摩擦學(xué)第三屆全國學(xué)術(shù)交流會論文集流體潤滑部分（Ⅰ）[C];1982年

6 喬雷;徐龍祥;;磁氣混合軸承中彈性箔片氣體動壓徑向軸承的實驗研究[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

7 樓志文;陳瀚;馬曉士;;彈性流體動力潤滑理論有限元解[A];第二次全國摩擦磨損潤滑學(xué)術(shù)會議論文集[C];1979年

8 謝沛霖;陳燕生;武弘毅;;毛細(xì)管節(jié)流液體靜壓徑向軸承靜態(tài)性能的計算和分析——簡化、一維流、二維流計算的比較[A];摩擦學(xué)第三屆全國學(xué)術(shù)交流會論文集流體潤滑部分（Ⅰ）[C];1982年

9 賈鑫;張貴濱;;屏蔽電機轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析[A];中國電工技術(shù)學(xué)會大電機專業(yè)委員會2014年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

10 劉高聯(lián);;徑向軸承含空泡流體潤滑問題的變分原理族(二)[A];第十四屆全國水動力學(xué)研討會文集[C];2000年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 通訊員 王金剛;三級聯(lián)動壓責(zé)任 督導(dǎo)檢查全覆蓋[N];中國組織人事報;2016年

2 李祥忠　高眾;由“被動壓”向“主動管”轉(zhuǎn)變[N];中國石化報;2011年

3 本報記者 任佳;氣膜煤棚助力環(huán)保倉儲革新[N];中國建設(shè)報;2017年

4 記者 吳文治 李振興;產(chǎn)業(yè)鏈融合 北體集團投資氣膜場館[N];北京商報;2017年

5 記者 王偉宏;氣膜體育館如何成氣候[N];河北日報;2017年

6 本報記者 豐佳佳;特殊天氣讓氣膜場館出了名[N];中國體育報;2017年

7 本報記者 吳玉華 通訊員 遲恒功 劉成剛;球形倉體是這樣建成的[N];中國煤炭報;2017年

8 本報記者 蔣亦豐 李小偉;簡約辦賽也不失精彩[N];中國教育報;2017年

9 本報記者 任佳;氣膜建筑引領(lǐng)冰雪場館創(chuàng)新之路[N];中國建設(shè)報;2017年

10 本報記者 豐佳佳;網(wǎng)球課程進(jìn)駐氣膜體育場館[N];中國體育報;2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 龐曉平;動壓徑向軸承形狀泛函與優(yōu)化設(shè)計理論研究[D];重慶大學(xué);2009年

2 林群煦;高溫超導(dǎo)磁懸浮徑向軸承的特性研究[D];西南交通大學(xué);2012年

3 程常桂;氣膜軟接觸連鑄技術(shù)的基礎(chǔ)研究[D];上海大學(xué);2003年

4 屈福;鋁合金氣膜連鑄工藝及理論研究[D];東北大學(xué)　;2009年

5 徐春冬;空氣軸承電主軸動力學(xué)特性分析[D];東南大學(xué);2015年

6 張學(xué)清;高溫微氣體動壓軸承非等溫氣膜動力特性及箔片固體潤滑涂層研究[D];重慶大學(xué);2016年

7 徐磊;靜止和旋轉(zhuǎn)條件下“沖擊/稀疏氣膜”雙層壁換熱特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 任曉樂;非光滑軸瓦表面對動壓氣體徑向軸承動力特性的影響分析[D];中北大學(xué);2018年

2 呂真;屏蔽電機主泵上徑向軸承特性研究[D];上海交通大學(xué);2012年

3 馬永利;彈性波箔型動壓氣體徑向軸承的特性分析和實驗研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

4 張武果;高速精密磨床空氣靜壓徑向軸承承載性能研究[D];河南科技大學(xué);2012年

5 張以;氣體軸承的靜動特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

6 李東奇;熱磨機液體靜壓徑向軸承及實驗臺設(shè)計研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2013年

7 韓清剛;螺旋槽微極性液體潤滑徑向軸承動力特性與穩(wěn)定性分析[D];華中科技大學(xué);2004年

8 彭萬歡;靜壓氣體徑向軸承的靜動特性研究[D];中國工程物理研究院;2006年

9 劉思幸;彈性波箔型動壓氣體徑向軸承的動特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

10 陳川;高速微氣體動壓軸承動力特性和穩(wěn)態(tài)性能研究[D];重慶大學(xué);2017年

本文編號：2811660