本文選題：對(duì)置半球氣浮軸承　切入點(diǎn)：螺旋槽　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：慣性導(dǎo)航陀螺儀正在向著更高精度、更高速度、更小體積、更高可靠性和更長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展,對(duì)陀螺儀馬達(dá)關(guān)鍵支承部件的動(dòng)壓氣體軸承性能提出了越來越高的要求,也對(duì)該類軸承的分析、設(shè)計(jì)和制造提出了新的挑戰(zhàn)。超小的氣膜潤(rùn)滑間隙、高轉(zhuǎn)速下軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和各種嚴(yán)苛工況下轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)等,都需要發(fā)展更精確的氣體潤(rùn)滑分析計(jì)算方法才能滿足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)還需分析制造和裝配誤差對(duì)軸承性能的影響規(guī)律。本文針對(duì)我國(guó)目前大力發(fā)展的對(duì)置半球螺旋槽氣浮陀螺儀的軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)開展系統(tǒng)研究,研究組合軸承潤(rùn)滑的耦合效應(yīng)、稀薄效應(yīng)、氣體慣性效應(yīng)以及制造裝配誤差等因素對(duì)軸承承載力、系統(tǒng)穩(wěn)定性和非線性動(dòng)力學(xué)行為的影響規(guī)律,為陀螺儀氣體動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì)和制造提供有效的指導(dǎo),同時(shí)進(jìn)一步發(fā)展和完善氣體潤(rùn)滑理論。針對(duì)經(jīng)典對(duì)置半球螺旋槽軸承設(shè)計(jì)理論中僅考慮兩個(gè)半球軸承的潤(rùn)滑性能,忽略了三個(gè)軸承之間耦合影響的問題,建立了對(duì)置半球螺旋槽軸承的耦合潤(rùn)滑方程。利用一階速度滑移模型修正了稀薄效應(yīng)下螺旋槽軸承的雷諾方程,從運(yùn)動(dòng)方程出發(fā),推導(dǎo)了考慮慣性力的雷諾方程,采用伽遼金方法和有限單元法分別建立了考慮稀薄效應(yīng)和慣性效應(yīng)的穩(wěn)態(tài)雷諾方程的求解模型,系統(tǒng)地討論了組合軸承的耦合效應(yīng)、稀薄效應(yīng)、慣性效應(yīng)和螺旋槽軸承的參數(shù)對(duì)軸承靜態(tài)性能的影響。針對(duì)經(jīng)典線性攝動(dòng)理論只考慮軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)柱面渦動(dòng)穩(wěn)定性的問題,建立了考慮5個(gè)自由度的轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)系數(shù)和穩(wěn)定性求解模型。采用線性攝動(dòng)法分別推導(dǎo)了考慮稀薄效應(yīng)和慣性效應(yīng)的動(dòng)態(tài)雷諾方程,利用有限單元法給出了同時(shí)考慮轉(zhuǎn)子做柱面渦動(dòng)、錐面渦動(dòng)和軸向渦動(dòng)時(shí)軸承動(dòng)態(tài)系數(shù)的計(jì)算方法,推導(dǎo)了同時(shí)考慮三種渦動(dòng)的臨界穩(wěn)定條件,借助數(shù)值仿真結(jié)果討論了螺旋槽軸承的參數(shù)對(duì)軸承動(dòng)態(tài)性能的影響,并首次全面闡釋了組合軸承耦合效應(yīng)、稀薄效應(yīng)和慣性效應(yīng)在軸承動(dòng)態(tài)系數(shù)中的作用,以及它們對(duì)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)柱面渦動(dòng)和錐面渦動(dòng)穩(wěn)定性的影響,討論了三種渦動(dòng)狀態(tài)下軸承固有頻率和阻尼與渦動(dòng)頻率的關(guān)系。雖然線性攝動(dòng)法具有計(jì)算分析直觀快速的優(yōu)點(diǎn),但陀螺儀中潤(rùn)滑氣體的可壓縮性和稀薄效應(yīng)等特點(diǎn)決定了氣體軸承本質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng),尤其是在大偏心和高轉(zhuǎn)速時(shí)。為了得到對(duì)置半球螺旋槽軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)更加完整和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)特性,建立了軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算模型。采用伽遼金法和有限單元法離散化雷諾方程,采用差分法計(jì)算流場(chǎng)壓力和流場(chǎng)氣膜厚度隨時(shí)間變化的瞬態(tài)項(xiàng),并且與考慮五個(gè)自由度的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方程耦合求解;通過數(shù)值分析的方法得到了在自激振動(dòng)、同步振動(dòng)、非同步振動(dòng)情況下轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡、相圖、時(shí)間響應(yīng)和功率譜圖;以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和質(zhì)量為參數(shù)得到了同步渦動(dòng)情況下,轉(zhuǎn)子龐加萊截面和分岔圖。結(jié)果表明:自激振動(dòng)導(dǎo)致的對(duì)置半球螺旋槽軸承錐面渦動(dòng)轉(zhuǎn)速低于柱面渦動(dòng)失穩(wěn)轉(zhuǎn)速;同時(shí)轉(zhuǎn)子速度和質(zhì)量越大,軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性特性越強(qiáng)。由于在加工、制造中不可避免的會(huì)出現(xiàn)誤差,建立了對(duì)置半球螺旋槽軸承的球度誤差和裝配誤差的數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)值方法分析了這些因素對(duì)軸承承載能力、穩(wěn)定性和摩擦力矩帶來的影響。在理論分析和仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了半球和球形螺旋槽動(dòng)壓軸承的試驗(yàn)方案,完成了半球和球形螺旋槽軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)件的加工和測(cè)試系統(tǒng)的搭建,測(cè)試了半球螺旋槽軸承在不同轉(zhuǎn)速和起浮高度下的承載力,對(duì)球形螺旋槽軸承在自重條件下起浮高度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)量。通過與計(jì)算結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了建模與研究方法的正確性,并對(duì)誤差進(jìn)行了分析。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V441

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