氣體靜壓軸承是精密、超精密設備中的重要部件之一,具有精度高、無摩擦、無污染等優(yōu)點。隨著精密、超精密技術的飛速發(fā)展,對氣體靜壓軸承的剛度、精度及穩(wěn)定性的要求也不斷地提高。與傳統(tǒng)的小孔節(jié)流相比,多孔質(zhì)節(jié)流具有高承載力、高剛度和高阻尼等優(yōu)點,且已經(jīng)受到國內(nèi)外學者的關注。其中,多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測試方法及多孔質(zhì)氣體靜壓軸承性能的數(shù)值計算方法和測試方法是研究的難點。本文針對這一前沿課題展開研究工作,旨在探索多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測試方法和研究多孔質(zhì)氣體靜壓軸承靜態(tài)性能的數(shù)值計算和測試方法。主要內(nèi)容如下： (1)本文在考慮氣體的可壓縮性和氣體在多孔質(zhì)材料中的流動存在慣性損失影響的前提下,建立各向同性多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的數(shù)學模型,提出了一種各向同性多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試方法。設計了一套實驗裝置,測量不同供氣壓力下的體積流量,計算得到多孔質(zhì)石墨試件的滲透系數(shù),并通過實驗驗證了該測試方法的可行性。 (2)本文從流體三維流動的基本控制方程出發(fā),結合氣體靜壓軸承實際工作情況,在一定的基本假設前提下,分別研究了全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的計算模型。 (3)本文應用基于有限體積法的FLUENT軟件,依次對全多孔質(zhì)節(jié)流和局部多孔質(zhì)節(jié)流氣體靜壓止推軸承進行了三維數(shù)值模擬計算,分析了軸承節(jié)流器的結構參數(shù)、多孔介質(zhì)的特性參數(shù)以及工況參數(shù)對軸承靜特性的影響,得出了相應的承載力、靜態(tài)剛度和氣體消耗量隨氣膜間隙變化的曲線,并提出了幾點關于這兩種不同節(jié)流形式氣體靜壓止推軸承設計的建議。 (4)本文自行構建了氣體靜壓止推軸承性能測試平臺,分別對全多孔質(zhì)石墨氣體靜壓止推軸承、局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和小孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能進行了測試研究,并與數(shù)值計算結果進行了對比分析。實驗結果與數(shù)值計算結果吻合較好,驗證了數(shù)值計算方法的準確性。當供氣壓力為0.5MPa,多孔質(zhì)材料其粘性滲透系數(shù)為7.877×10-15m2、厚度為10mm、直徑為45mm、氣膜間隙為3μm～5μm時,全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的最大靜態(tài)剛度超過70N/μm。與具有相同工作面積的局部多孔質(zhì)氣體靜壓軸承和小孔節(jié)流氣體靜壓軸承的測試結果相比,全多孔質(zhì)氣體靜壓軸承具有更高的靜態(tài)剛度,具有很好的應用前景。 本文通過數(shù)值計算分析和實驗研究,對多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試方法和氣體靜壓止推軸承靜特性進行探索,為多孔質(zhì)石墨氣體靜壓止推軸承的應用提供了技術支持。
【學位單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：TH133.36
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 課題來源及研究的意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究的背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外發(fā)展狀況
        1.2.2 國內(nèi)發(fā)展狀況
    1.3 氣體靜壓軸承內(nèi)部流場數(shù)值計算中的主要方法
        1.3.1 流體內(nèi)部流場數(shù)值計算的主要方法
        1.3.2 CFD軟件及其在氣體潤滑軸承方面的應用
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第二章 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試方法研究
    2.1 引言
    2.2 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)測試方法的理論分析
        2.2.1 多孔介質(zhì)滲透系數(shù)的表征
        2.2.2 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的數(shù)學模型
    2.3 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)測試方法的實驗研究
        2.3.1 多孔質(zhì)石墨材料的制備工藝簡介
        2.3.2 多孔介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置設計
        2.3.3 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試結果及分析
    2.4 本章小結
第三章 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的理論分析
    3.1 引言
    3.2 流體多維流動的基本控制方程
        3.2.1 質(zhì)量守恒方程
        3.2.2 動量守恒方程
        3.2.3 能量守恒方程
        3.2.4 控制方程的通用形式
    3.3 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承計算模型簡介
        3.3.1 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承計算模型
        3.3.2 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承計算模型
    3.4 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能
    3.5 本章小結
第四章 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的數(shù)值分析
    4.1 引言
    4.2 FLUENT軟件及其應用
    4.3 利用FLUENT仿真全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承
        4.3.1 模型建立、網(wǎng)格劃分以及邊界條件設定
        4.3.2 FLUENT仿真實例
        4.3.3 仿真數(shù)據(jù)分析
    4.4 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的影響因素分析
        4.4.1 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能分析
        4.4.2 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能分析
    4.5 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承設計的幾點建議
        4.5.1 關于多孔質(zhì)節(jié)流形式選擇的建議
        4.5.2 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的設計建議
        4.5.3 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的設計建議
    4.6 本章小結
第五章 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的實驗研究
    5.1 引言
    5.2 實驗設計
        5.2.1 實驗系統(tǒng)工作原理及實驗裝置
        5.2.2 實驗內(nèi)容
        5.2.3 實驗條件
    5.3 實驗結果與分析
        5.3.1 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能測試實驗
        5.3.2 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能測試實驗
        5.3.3 小孔型氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能測試實驗
    5.4 本章小結
第六章 結論及展望
    6.1 結論
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士期間發(fā)表的論文
攻讀碩士期間參加的學術活動
附錄Ⅰ 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)測試數(shù)據(jù)
附錄Ⅱ 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能數(shù)據(jù)
附錄Ⅲ 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能數(shù)據(jù)
附錄Ⅳ 小孔型氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能數(shù)據(jù)

【參考文獻】

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本文編號：2894613