動(dòng)壓氣體徑向軸承在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的應(yīng)用前景廣泛,但當(dāng)前存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承載力較低、黏性摩擦力較大的缺點(diǎn)制約氣體軸承的發(fā)展。針對(duì)這些缺點(diǎn),結(jié)合非光滑表面理論,本文提出將非光滑表面理論運(yùn)用到動(dòng)壓氣體徑向軸承結(jié)構(gòu)上,研究非光滑軸瓦表面對(duì)氣體軸承的氣膜流場(chǎng)動(dòng)力特性的影響規(guī)律。本文首先建立光滑剛性表面動(dòng)壓氣體徑向軸承模型,采用“自頂向下塊結(jié)構(gòu)”方法劃分網(wǎng)格,通過(guò)FLUENT軟件計(jì)算30000r/min、90000r/min、150000r/min三種不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下光滑表面氣體軸承氣膜流場(chǎng)的動(dòng)力特性。然后建立多種不同結(jié)構(gòu)的新型圓弧槽道氣體軸承模型。通過(guò)改變影響軸承結(jié)構(gòu)的槽深、槽寬、槽數(shù)及凹槽位置等結(jié)構(gòu)參數(shù),分析計(jì)算各類(lèi)型氣體軸承的氣膜穩(wěn)態(tài)動(dòng)力特性,得到不同轉(zhuǎn)速下各類(lèi)型氣體軸承的氣膜壓力分布、氣膜承載力以及氣膜黏性摩擦力研究結(jié)果,并與光滑表面氣體軸承進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),槽深、槽寬、凹槽數(shù)分別為0.5mm、8°、18的圓弧槽道軸承的氣膜流場(chǎng)特性較好;相比光滑表面氣體軸承,不同轉(zhuǎn)速下氣膜承載力分別提高5.39、5.11、5.29倍,氣膜黏性摩擦力減小到光滑表面氣體軸承的21.89%、24.81%、23.09%。最后考慮轉(zhuǎn)子啟停過(guò)程中的穩(wěn)定性,提出長(zhǎng)方形與球缺形兩種凹坑型軸瓦結(jié)構(gòu)模型,通過(guò)改變控制凹坑面積率與長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)參數(shù),分析兩種凹坑型軸承的氣膜穩(wěn)態(tài)動(dòng)力特性,并與光滑表面氣體軸承進(jìn)行比較。結(jié)果表明,長(zhǎng)方形凹坑型軸承的氣膜穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)特性相比球缺形凹坑型軸承與貫穿型圓弧槽道軸承更加優(yōu)異。通過(guò)以上研究為動(dòng)壓氣體徑向軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)與數(shù)值計(jì)算提供可行途徑。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH133.37
【部分圖文】：

也有很多為減小運(yùn)動(dòng)時(shí)的流動(dòng)阻力用到非光滑結(jié)構(gòu)的例子。例如圖1.1（a）所示的鯊魚(yú)皮泳衣，這類(lèi)泳衣通過(guò)仿造鯊魚(yú)的表皮構(gòu)造，減小泳者入水后的水流阻力；圖 1.1（b）所示的高爾夫球，其表面做成凹痕眾多的結(jié)構(gòu)，一方面通過(guò)促使球體繞流的湍流轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象發(fā)生，減小飛行過(guò)程中球體前后形成的阻力，另一方面其表面形成的小突起在球體旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)增大升力，進(jìn)一步增加高爾夫球在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。由于潤(rùn)滑氣體在氣體軸承中的流動(dòng)與空氣在高爾夫球周?chē)男D(zhuǎn)流動(dòng)類(lèi)似。本文聯(lián)系非光滑表面的減阻原理，重新布局動(dòng)壓氣體徑向軸承的結(jié)構(gòu)，分析非光滑軸瓦表面對(duì)動(dòng)壓氣體徑向軸承動(dòng)力特性的影響，并與剛性表面動(dòng)壓氣體徑向軸承的的動(dòng)力特性進(jìn)行比較，得到動(dòng)壓氣體徑向軸承采用非光滑軸瓦表面時(shí)動(dòng)力特性?xún)?yōu)異的結(jié)構(gòu)參數(shù)。1.1.2 理論意義目前動(dòng)壓氣體徑向軸承還需要面臨承載能力較低、黏性摩擦力較大、穩(wěn)定性較差等相關(guān)依然存在的難題。研究如何解決上述提到的容納多學(xué)科理論的問(wèn)題，對(duì)整個(gè)氣體軸承理論體系的建立有著強(qiáng)烈的推動(dòng)作用。另一方面，目前動(dòng)壓氣體徑向軸承的相關(guān)先進(jìn)研究成果主要掌握在西方少數(shù)國(guó)家，例如美國(guó)宇航局(NASA)、莫霍克創(chuàng)新技術(shù)公司（MTI），霍尼韋爾公司（Honeywell），英國(guó)伯明翰大學(xué)，日本東京大學(xué)等[9]。而國(guó)內(nèi)對(duì)它的相關(guān)研究較少，也僅集中在中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等有限的幾所高校中。而氣體軸承的相關(guān)研究對(duì)推動(dòng)我國(guó)航空航天事業(yè)、精密儀器加工事業(yè)、低溫工程、醫(yī)療器械等方面的發(fā)展有著很大的作用。

中北大學(xué)學(xué)位論文槽非光滑表面SA 研究人員 Walsh 等[51]首先發(fā)現(xiàn)在流體順流過(guò)程中，微小的溝槽面對(duì)流體的摩擦阻力。緊接著，溝槽非光滑表面的減阻效果得到在此基礎(chǔ)上對(duì)溝槽的形狀進(jìn)行不斷改變與優(yōu)化，發(fā)展出V 形、U形四種類(lèi)型的溝槽非光滑表面，如圖 1.2 所示。

的工作原理是根據(jù)氣體動(dòng)壓潤(rùn)滑的理論，子與軸瓦表面形成的楔形空隙時(shí)，形成潤(rùn)壓力分布，提供轉(zhuǎn)子必要的承載力，達(dá)到的楔形效應(yīng)是動(dòng)壓氣體徑向軸承能夠不需用就可產(chǎn)生承載力的主要原因。圖 2.1 表體徑向軸承，代表軸承表面曲率的數(shù)值項(xiàng)方向來(lái)看，可以將軸承表面與轉(zhuǎn)子表面展氣體所充滿(mǎn)，潤(rùn)滑氣體在轉(zhuǎn)子表面與軸瓦膜，并由大間隙方向向小間隙方向運(yùn)動(dòng)，在楔形區(qū)域中產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子的承載力。

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本文編號(hào)：2811660