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【6h】

静压气体轴承静动态特性分析及气膜流场特性的理论研究

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目录

摘要

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 气体轴承的研究现状及发展趋势

1.2.1 国外气体轴承的研究和应用

1.2.2 国内气体轴承的研究和应用

1.3 主要研究内容

2 小孔节流静压气体轴承的理论分析

2.1 静压气体轴承的工作原理及分类

2.1.1 静压气体轴承的工作原理

2.1.2 静压气体轴承的分类及其特性

2.2 气体润滑理论模型分析

2.2.1 基本假设

2.2.2 雷诺(Reynolds)方程的推导

2.2.3 边界条件

2.3 本章小结

3 小孔节流静压气体轴承静态特性分析

3.1 节流器的设计

3.2 静压气体轴承建模与数值分析

3.2.1 雷诺(Reynolds)方程的无量纲化

3.2.2 雷诺(Reynolds)方程的有限元离散化

3.2.3 计算步骤

3.2.4 轴承基本参数的计算

3.3 静态特性计算结果与分析

3.4 本章小结

4 小孔节流静压气体轴承动态特性分析

4.1 静压气体轴承动态特性理论分析

4.2 动态计算模型

4.3 动态特性计算结果

4.3.1 阻尼仿真数据分析

4.3.2 动态刚度仿真数据分析

4.4 供气压力对动态特性的影响

4.4.1 供气压力对动态阻尼的影响

4.4.2 供气压力对动态刚度的影响

4.5 本章小结

5 小孔节流静压气体轴承气膜流场特性分析

5.1 数学模型及网格划分

5.1.1 数学模型

5.1.2 网格划分

5.2 边界条件设置

5.3 控制方程求解

5.4 计算结果分析

5.4.1 转速不同时轴承压力分布分析

5.4.2 节流孔直径对轴承质量流量的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明

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摘要

静压气体轴承由于其所具有的摩擦阻力小、回转精度高、无污染、无振动等优点,使得静压气体轴承被广泛应用于精密测量仪器、高速精密机床等设备上。随着工业技术的蓬勃发展,对转子的转速要求不断提高,从而对静压气体轴承的性能要求也越来越高,因此对静压气体轴承的动静态特性要求也更加突出。
  本文以小孔节流静压气体轴承为研究对象,针对高压力高转速状态下的静压气体轴承的静动态特性进行分析,同时用ANSYS Workbench软件对轴承的气膜流场进行分析。
  分析气体轴承润滑机理,以及静压气体轴承的工作原理,将雷诺方程(Reynolds)用有限元法进行离散化,对静压气体轴承的静特性采用超松弛迭代法进行分析,确定轴承的基本参数,分析压力以及偏心率对轴承的静特性(承载力、刚度)的影响,以及进气孔直径对轴承内压力的影响;以不同工况下的雷诺方程为基础,推导出气膜的阻尼系数和刚度系数,分析涡动速度一定时,不同转速下不同偏心率对动态阻尼和动态刚度的影响,以及供气压力对动态阻尼和动态刚度的影响;根据之前确定的轴承基本参数对轴承进行三维建模,通过Gambit软件对其进行结构化和非结构化相结合的方式进行网格划分,基于FLUENT的转动坐标系法对静压气体轴承动特性进行三维计算,分析压力、转速以及偏心率对小孔节流静压气体轴承动特性的影响;将网格划分的模型导入ANSYS Workbench中,对轴承内气膜流场进行分析,得出在高压力、高转速的情况下,轴承内部压力分布情况。

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