靜壓氣體軸承具有運轉平滑、精度高、壽命長、無污染、溫升小等優(yōu)點,從而廣泛應用于高速、輕載、精密和超精密加工等場合。然而常見靜壓氣體軸承基本都需要外加體積龐大的氣源,對其推廣和使用有諸多不便。 本文設計和研究做水平往復運動的靜壓氣體軸承,其工作在高壓密封的環(huán)境下,不需要外加氣源,是一種新型的氣體軸承。研究分析其穩(wěn)定性和承載力與軸承質量和激勵頻率之間的關系,為后續(xù)研究開發(fā)和應用做前期探索。具體做以下工作: 首先推導往復運動的氣體軸承氣浮振蕩問題的動力學模型,求出往復運動問題的運動狀態(tài)方程組,作為下面雷諾方程的邊界條件。以雷諾方程的穩(wěn)態(tài)無因次形式為基礎,應用加權余量法,把二階偏微分方程降階為一階偏微分方程,放松其對插值函數(shù)連續(xù)度的要求;然后,采用有限單元法對氣膜劃分直角三角形單元網(wǎng)格,列寫氣膜壓力插值函數(shù),對偏微分方程進行插值變換并導出壓力方程組。 其次在在推導出靜壓氣體軸承氣浮振蕩數(shù)學模型和雷諾方程的有限元模型基礎上,對這兩個數(shù)學模型進行連立,確定兩者的連立求解過程,然后利用MATLAB軟件對運動狀態(tài)方程組和壓力方程組進行編程求解計算。該計算程序能計算不同質量和激勵頻率下的氣體軸承的運動狀態(tài)和承載能力。 對軸頸氣體軸承的計算結果進行分析,分析質量和激勵頻率對氣體軸承的穩(wěn)定性和承載特性的影響。并根據(jù)項目需要,分別討論不同的質量和激勵頻率下質量和激勵頻率與軸承穩(wěn)定性和承載特性的關系。 本課題的研究對進一步完善氣體軸承理論具有一定的理論價值;對發(fā)展靜壓氣體軸承具有重要的意義。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：TH133.36
【部分圖文】：

本課題所設計的太陽能熱聲發(fā)電機項目裝置如圖 2-1 所示，氣體軸承作為的動子安裝在密封且充滿高壓氣體的發(fā)電機內支撐軸上。鐵心疊片固定在軸上，發(fā)電機線圈安裝在電機外殼上。電機的右側安裝有熱聲發(fā)動機，能夠產(chǎn)壓力和頻率的聲波。該聲波通過壓縮高壓氣體驅動發(fā)電機動子做直線往復運子上的鐵心疊片切割磁力線，從而使發(fā)電機產(chǎn)生電流。

圖 2-2 氣體軸承結構原理圖Fig.2-2 Schematic diagram of gas bearing要求，我們認為有必要設計氣體軸承潤滑裝置以保證機器的選定的結構形式知，發(fā)電機的動子（即氣體軸承）沒有與外一起，因此不能做旋轉運動。而封閉腔內密封著高壓氣體，熱聲發(fā)動機，可以產(chǎn)生一定頻率的正弦聲波。而熱聲發(fā)動機壓氣體中傳播，引起封閉腔內氣體的壓力分布不均而產(chǎn)生壓線運動。由于氣腔是封閉的，而且熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲波是性的變化，所以氣腔內的氣體壓力的分布也是周期性變化的水平往復直線運動。由于軸承不能高速旋轉，所以動壓氣體是其潤滑模式為靜壓氣體潤滑。承的壓力方程組s 方程是整個潤滑力學的核心[36]，從數(shù)學觀點來看，流體潤滑eynolds 方程以揭示流體潤滑膜中壓力的分布規(guī)律。軸承的性

導了氣浮振蕩問題的數(shù)學模型。然后對這兩個數(shù)學模型進行整合，確定連立求解過程，在此基礎上獨立開發(fā)了靜壓軸頸軸承計算的有限元應用程序。軸承的結構示意圖如圖4-1所示。計算區(qū)域是沿軸向氣體軸承的對稱面aa切開，再展成平面，如圖 3-1 所示。小孔節(jié)流氣體靜壓軸頸軸承靜態(tài)特性計算的流程如圖4-2 所示。圖 4-1 圓柱軸承Fig. 4-1 circle bearing4.3 軸承的穩(wěn)定性圖 4-3 所示為軸承腔內平均氣體壓力為 30P =MPa，頻率 f=50Hz，偏心率 ε=0.3時，質量為 0.4kg 的軸承從開始運行到穩(wěn)定的 40 秒內發(fā)電機左腔內壓力隨時間變化曲線圖。為使曲線清晰可見便于觀察，圖 4-4 給出了穩(wěn)定時從第 39.6 秒開始到第 40秒內左腔壓力曲線隨時間變化圖。由于右腔為正弦壓力波激勵，所以左腔內壓力曲線也應為正弦曲線

【引證文獻】

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1 陳爭;真空預載荷靜壓氣體軸承的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

本文編號：2815080