本文關鍵詞：球面螺旋槽氣體動壓軸承動態(tài)特性及穩(wěn)定性分析

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【摘要】：氣體潤滑軸承作為一種新型滑動軸承,正在逐漸被人們重視。氣體軸承的優(yōu)點是運行時無噪聲、摩擦小、不產(chǎn)生熱量、振動小、壽命長,能夠在特殊環(huán)境中穩(wěn)定工作,并且磨損小。球面螺旋槽氣體動壓軸承是一種新型結(jié)構的滑動軸承,它既能承受徑向載荷又能承受軸向載荷,且結(jié)構緊湊,回轉(zhuǎn)精度高,廣泛應用于陀螺儀、姿態(tài)控制裝置、旋轉(zhuǎn)機械等設備中,無論是從性能上還是從結(jié)構上都遠遠優(yōu)于其他類型的氣體動壓軸承。本文以計算流體動力學、氣體潤滑理論以及轉(zhuǎn)子動力學理論為基礎,針對球面螺旋槽氣體動壓軸承靜態(tài)承載性能、動態(tài)特性以及穩(wěn)定性進行了理論研究與分析計算,并對氣體軸承氣膜的動態(tài)特性系數(shù)和穩(wěn)定性進行試驗研究,具體的研究內(nèi)容包括。以球面螺旋槽氣體動壓軸承為研究對象,建立氣體軸承潤滑分析的數(shù)學模型,基于CFD技術,采用流體動力學FLUENT軟件,對球面螺旋槽氣體動壓軸承三維氣膜壓力場進行仿真分析,揭示不同轉(zhuǎn)速下,軸承偏心率、槽寬比、槽深比、螺旋角、槽數(shù)和氣膜間隙對穩(wěn)態(tài)軸承氣膜壓力以及承載能力的影響規(guī)律,并在此基礎上,對軸承的結(jié)構參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果表明,應用FLUENT軟件進行數(shù)值分析可以較為精確的模擬區(qū)域內(nèi)氣膜的復雜流場特性,并且轉(zhuǎn)速越高,氣體軸承內(nèi)部的動壓效應越明顯,因此合理的選擇軸承結(jié)構參數(shù)和運行參數(shù)有助于改善潤滑性能,提高軸承的穩(wěn)態(tài)承載特性。建立軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型,基于CFD的動網(wǎng)格模型,通過自定義的UDF程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與位移擾動、旋轉(zhuǎn)速度與速度擾動相結(jié)合求解動態(tài)特性系數(shù)的功能,分析非線性氣膜力的變化,并將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動邊界轉(zhuǎn)換為靜邊界,避免轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中引起的網(wǎng)格畸變問題,從而再現(xiàn)動壓氣體軸承氣膜厚度與三維流場內(nèi)非線性氣膜壓力的動態(tài)發(fā)展過程,研究不同轉(zhuǎn)速和偏心率對氣體軸承瞬態(tài)剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的影響規(guī)律,探索氣浮軸承瞬態(tài)非線性動力學行為。在求解動態(tài)特性系數(shù)的基礎上,計算不同時間歷程轉(zhuǎn)子的軸心渦動軌跡,建立穩(wěn)定性判斷準則,研究不同轉(zhuǎn)速下氣體軸承的穩(wěn)定性。結(jié)果表明:不同的轉(zhuǎn)速和偏心率對軸承動態(tài)剛度和動態(tài)阻尼的影響較為顯著,合理的選擇軸承的轉(zhuǎn)速和偏心率有助于改善軸承的動態(tài)特性。研究結(jié)果為動壓氣體軸承在復雜運行環(huán)境中提高穩(wěn)定性提供了理論預測。
【關鍵詞】：氣體動壓軸承 球面螺旋槽 FLUENT 承載特性 動網(wǎng)格技術 動態(tài)特性系數(shù) 穩(wěn)定性
【學位授予單位】：河南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH133.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題研究的目的和意義9-10
• 1.2 氣體軸承的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文的研究內(nèi)容13-15
• 第2章 球面螺旋槽氣體動壓軸承氣體潤滑理論15-25
• 2.1 球面螺旋槽氣體動壓軸承潤滑理論15
• 2.2 CFD技術與應用15-17
• 2.3 流場控制方程的建立17-18
• 2.4 基于FLUENT的氣體流場模擬18-23
• 2.4.1 FLUENT軟件的分析環(huán)節(jié)19
• 2.4.2 FLUENT軟件的求解流程19-20
• 2.4.3 ICEM軟件的介紹20-21
• 2.4.4 網(wǎng)格的類型及選擇21-22
• 2.4.5 網(wǎng)格密度的選擇22-23
• 2.5 求解器的選擇23-24
• 2.5.1 模型假設23
• 2.5.2 粘性模型的選擇23
• 2.5.3 仿真中的監(jiān)測23-24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 球面螺旋槽氣體動壓軸承的靜態(tài)特性分析25-39
• 3.1 建立球面螺旋槽氣體動壓軸承流場計算分析模型25-28
• 3.1.1 有限元模型的建立25-27
• 3.1.2 網(wǎng)格的生成27-28
• 3.1.3 邊界條件的確定28
• 3.2 FLUENT模擬計算28-37
• 3.2.1 模擬參數(shù)的設置28-29
• 3.2.2 計算方法的設置29-30
• 3.2.3 軸承氣膜壓力分布分析30-33
• 3.2.4 球面螺旋槽氣體動壓軸承承載力影響因素33-37
• 3.3 結(jié)論37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 球面螺旋槽氣體動壓軸承的動態(tài)特性及穩(wěn)定性分析39-53
• 4.1 基于FLUENT動網(wǎng)格模型的計算方法39-45
• 4.1.1 FLUENT動網(wǎng)格模型介紹39
• 4.1.2 FLUENT動網(wǎng)格模型的更新方法39-41
• 4.1.3 UDF的基本用法41
• 4.1.4 動態(tài)剛度與動態(tài)阻尼系數(shù)的差分計算模型41-43
• 4.1.5 FLUENT動網(wǎng)格瞬態(tài)氣膜力求解方法43-44
• 4.1.6 邊界條件的設置44-45
• 4.2 球面螺旋槽氣體動壓軸承動態(tài)特性系數(shù)仿真分析45-49
• 4.2.1 剛度系數(shù)的計算方法45-48
• 4.2.2 阻尼系數(shù)的計算方法48-49
• 4.3 球面螺旋槽氣體動壓軸承的穩(wěn)定性分析49-52
• 4.3.1 軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運動微分方程49-50
• 4.3.2 軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性分析50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 球面螺旋槽氣體動壓軸承的實驗分析53-61
• 5.1 實驗臺結(jié)構簡介53-56
• 5.2 實驗方案56
• 5.3 實驗步驟56
• 5.4 實驗值與理論值的對比與分析56-60
• 5.4.1 動態(tài)特性系數(shù)試驗對比與分析57-59
• 5.4.2 穩(wěn)定性試驗對比與分析59-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第6章 結(jié)論與展望61-63
• 6.1 結(jié)論61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67-68
• 攻讀碩士學位期間的研究成果68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 張廣輝;劉占生;;徑向氣體軸承-柔性轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)動力學研究[J];航空動力學報;2010年06期

2 孫雅洲;盧澤生;饒河清;;基于FLUENT軟件的多孔質(zhì)靜壓軸承靜態(tài)特性的仿真與實驗研究[J];機床與液壓;2007年03期

3 王麗麗;葛培琪;路長厚;王珉;;螺旋槽流體動壓滑動軸承數(shù)值分析[J];潤滑與密封;2005年06期

4 郭力;空氣軸承的原理與應用[J];磨床與磨削;2000年02期

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本文編號：733355