靜壓氣體軸承具有運(yùn)轉(zhuǎn)平滑、精度高、壽命長(zhǎng)、無污染、溫升小等優(yōu)點(diǎn),從而廣泛應(yīng)用于高速、輕載、精密和超精密加工等場(chǎng)合。然而常見靜壓氣體軸承基本都需要外加體積龐大的氣源,對(duì)其推廣和使用有諸多不便。 本文設(shè)計(jì)和研究做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)的靜壓氣體軸承,其工作在高壓密封的環(huán)境下,不需要外加氣源,是一種新型的氣體軸承。研究分析其穩(wěn)定性和承載力與軸承質(zhì)量和激勵(lì)頻率之間的關(guān)系,為后續(xù)研究開發(fā)和應(yīng)用做前期探索。具體做以下工作: 首先推導(dǎo)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣體軸承氣浮振蕩問題的動(dòng)力學(xué)模型,求出往復(fù)運(yùn)動(dòng)問題的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程組,作為下面雷諾方程的邊界條件。以雷諾方程的穩(wěn)態(tài)無因次形式為基礎(chǔ),應(yīng)用加權(quán)余量法,把二階偏微分方程降階為一階偏微分方程,放松其對(duì)插值函數(shù)連續(xù)度的要求;然后,采用有限單元法對(duì)氣膜劃分直角三角形單元網(wǎng)格,列寫氣膜壓力插值函數(shù),對(duì)偏微分方程進(jìn)行插值變換并導(dǎo)出壓力方程組。 其次在在推導(dǎo)出靜壓氣體軸承氣浮振蕩數(shù)學(xué)模型和雷諾方程的有限元模型基礎(chǔ)上,對(duì)這兩個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行連立,確定兩者的連立求解過程,然后利用MATLAB軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程組和壓力方程組進(jìn)行編程求解計(jì)算。該計(jì)算程序能計(jì)算不同質(zhì)量和激勵(lì)頻率下的氣體軸承的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和承載能力。 對(duì)軸頸氣體軸承的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析,分析質(zhì)量和激勵(lì)頻率對(duì)氣體軸承的穩(wěn)定性和承載特性的影響。并根據(jù)項(xiàng)目需要,分別討論不同的質(zhì)量和激勵(lì)頻率下質(zhì)量和激勵(lì)頻率與軸承穩(wěn)定性和承載特性的關(guān)系。 本課題的研究對(duì)進(jìn)一步完善氣體軸承理論具有一定的理論價(jià)值;對(duì)發(fā)展靜壓氣體軸承具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH133.36
【部分圖文】：

本課題所設(shè)計(jì)的太陽能熱聲發(fā)電機(jī)項(xiàng)目裝置如圖 2-1 所示，氣體軸承作為的動(dòng)子安裝在密封且充滿高壓氣體的發(fā)電機(jī)內(nèi)支撐軸上。鐵心疊片固定在軸上，發(fā)電機(jī)線圈安裝在電機(jī)外殼上。電機(jī)的右側(cè)安裝有熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠產(chǎn)壓力和頻率的聲波。該聲波通過壓縮高壓氣體驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)動(dòng)子做直線往復(fù)運(yùn)子上的鐵心疊片切割磁力線，從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流。

圖 2-2 氣體軸承結(jié)構(gòu)原理圖Fig.2-2 Schematic diagram of gas bearing要求，我們認(rèn)為有必要設(shè)計(jì)氣體軸承潤(rùn)滑裝置以保證機(jī)器的選定的結(jié)構(gòu)形式知，發(fā)電機(jī)的動(dòng)子（即氣體軸承）沒有與外一起，因此不能做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而封閉腔內(nèi)密封著高壓氣體，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，可以產(chǎn)生一定頻率的正弦聲波。而熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣體中傳播，引起封閉腔內(nèi)氣體的壓力分布不均而產(chǎn)生壓線運(yùn)動(dòng)。由于氣腔是封閉的，而且熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲波是性的變化，所以氣腔內(nèi)的氣體壓力的分布也是周期性變化的水平往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。由于軸承不能高速旋轉(zhuǎn)，所以動(dòng)壓氣體是其潤(rùn)滑模式為靜壓氣體潤(rùn)滑。承的壓力方程組s 方程是整個(gè)潤(rùn)滑力學(xué)的核心[36]，從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)來看，流體潤(rùn)滑eynolds 方程以揭示流體潤(rùn)滑膜中壓力的分布規(guī)律。軸承的性

導(dǎo)了氣浮振蕩問題的數(shù)學(xué)模型。然后對(duì)這兩個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行整合，確定連立求解過程，在此基礎(chǔ)上獨(dú)立開發(fā)了靜壓軸頸軸承計(jì)算的有限元應(yīng)用程序。軸承的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-1所示。計(jì)算區(qū)域是沿軸向氣體軸承的對(duì)稱面aa切開，再展成平面，如圖 3-1 所示。小孔節(jié)流氣體靜壓軸頸軸承靜態(tài)特性計(jì)算的流程如圖4-2 所示。圖 4-1 圓柱軸承Fig. 4-1 circle bearing4.3 軸承的穩(wěn)定性圖 4-3 所示為軸承腔內(nèi)平均氣體壓力為 30P =MPa，頻率 f=50Hz，偏心率 ε=0.3時(shí)，質(zhì)量為 0.4kg 的軸承從開始運(yùn)行到穩(wěn)定的 40 秒內(nèi)發(fā)電機(jī)左腔內(nèi)壓力隨時(shí)間變化曲線圖。為使曲線清晰可見便于觀察，圖 4-4 給出了穩(wěn)定時(shí)從第 39.6 秒開始到第 40秒內(nèi)左腔壓力曲線隨時(shí)間變化圖。由于右腔為正弦壓力波激勵(lì)，所以左腔內(nèi)壓力曲線也應(yīng)為正弦曲線

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 陳爭(zhēng);真空預(yù)載荷靜壓氣體軸承的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2815080