【摘要】：本文以氣體靜壓徑向軸承為研究對(duì)象,通過(guò)建立節(jié)流孔式氣體軸承氣膜模型,研究了氣體軸承內(nèi)流場(chǎng)的變化情況,分析出激波在氣體軸承中存在形式,以及激波對(duì)氣體軸承承載特性的影響,并提出控制激波強(qiáng)度提高軸承承載力的方法。首先通過(guò)有限差分法建立氣體軸承數(shù)學(xué)模型,將非線性動(dòng)力學(xué)理論與雷諾方程相結(jié)合,對(duì)氣體軸承流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合運(yùn)算。利用Newton迭代法對(duì)Reynolds方程做線性處理,然后通過(guò)超松弛迭代法進(jìn)行數(shù)值求解分別得到氣體軸承的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)解,再通過(guò)對(duì)氣體靜壓軸承靜、動(dòng)態(tài)特性的分析得出承載力隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。然后針對(duì)不考慮氣流壓縮性的數(shù)值計(jì)算方法難以明確解釋局部流場(chǎng)壓力驟降的問題,于是在考慮氣體壓縮性及粘性的情況下建立三維氣體靜壓軸承模型,劃分網(wǎng)格并確定模型的邊界條件,利用Fluent對(duì)軸承內(nèi)氣膜流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算。得到穩(wěn)態(tài)時(shí)氣體軸承承載力隨轉(zhuǎn)速和偏心率的變化規(guī)律,以及瞬態(tài)時(shí)節(jié)流孔附近氣體壓力、速度、密度和馬赫數(shù)隨時(shí)間的變化情況,并分析出節(jié)流孔附近流場(chǎng)壓力驟降的原因,是節(jié)流孔環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的激波所致,且激波強(qiáng)度隨著氣膜厚度的增大而增大;并針對(duì)激波的形成過(guò)程、存在位置以及激波對(duì)氣體軸承流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行深入研究。研究結(jié)果表明,氣體靜壓徑向軸承偏心率的增加,會(huì)導(dǎo)致局部氣膜的壓力差增大,從而提高軸承的承載力。且隨著供氣壓力和氣膜厚度的增大,軸承承載力也隨之增大,但增幅逐漸變小,甚至慢慢降低,是因?yàn)楣?jié)流孔附近馬赫數(shù)增加,導(dǎo)致流場(chǎng)內(nèi)激波強(qiáng)度增大,使得局部氣體發(fā)生紊流,造成大量能量損失。并得到激波產(chǎn)生的充分條件是在流場(chǎng)中存在超音速流,且在氣體軸承中激波主要出現(xiàn)在節(jié)流孔環(huán)狀區(qū)間附近,于是,通過(guò)改變氣體軸承節(jié)流孔末端開口角度和張角深度來(lái)優(yōu)化氣膜內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu),達(dá)到降低局部氣膜馬赫數(shù)的目的,得到削弱激波強(qiáng)度的方法,從而提高氣體軸承在高供氣壓力下的承載能力。
【圖文】：

[10]。圖1-1 氣體靜壓軸承的節(jié)流器Fig.1-1 Restrictors of the aerostatic bearing1.4 氣體軸承研究方法的探索與深入在氣體軸承的制造水平與結(jié)構(gòu)類型不斷發(fā)展的同時(shí)，研究氣體軸承的方法也在徐徐漸進(jìn)。基于氣體潤(rùn)滑理論，在1961年，Gross and Zachmanaglou[11]利用擾動(dòng)法提出了提高無(wú)限長(zhǎng)氣膜區(qū)間承載力的一種解決方案，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算精度的提高。Lund[12-14]通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了氣體靜壓徑向軸承承載力、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性和阻尼系數(shù)之間的關(guān)系，并通過(guò)掃描旋轉(zhuǎn)頻率的范圍來(lái)確定穩(wěn)定性的極值。Leonard和Rowe[15]在研究軸承不穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)存在偏心時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)由于壓力的不平衡而引起旋轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性，進(jìn)而引出偏心率對(duì)氣體靜壓徑向軸承穩(wěn)定性的研究。隨后Majumdar[16]采用有限差分法求解連續(xù)性方程和修正雷諾數(shù)方程，研究參數(shù)條件下靜止和旋轉(zhuǎn)軸頸的穩(wěn)態(tài)承載性能

相差三個(gè)數(shù)量級(jí)，所以在整個(gè)靜壓氣體軸承計(jì)算過(guò)程氣膜厚度方向曲率的尺寸變化可以忽略不計(jì)，，因此軸承在氣膜厚度方向上的氣體速度變化可以忽略不計(jì)，氣體在三維坐標(biāo)下的流速示意圖如圖2-1所示。圖2-1 氣體在流動(dòng)空間中流動(dòng)速度示意圖Fig.2-1 Diagram of flow velocity in a flow space2.1.2 氣體潤(rùn)滑連續(xù)性方程在氣體動(dòng)力學(xué)中引入質(zhì)量守恒定理，即連續(xù)性方程如下：( )( )( )=0 + + + zVyVxVtzyxρρρρ(2-3)其中 ρ —?dú)怏w密度( )3kg m。
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH133.3

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本文編號(hào)：2693729