本文關(guān)鍵詞：考慮慣性的氣體擠壓膜的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：氣體擠壓膜潤滑是一種新型的潤滑方式：由壓電陶瓷或磁致伸縮材料制成的換能器沿軸承工作面法向高頻振動(dòng)，使激振盤和懸浮體之間的氣體不斷受到擠壓，從而形成高于環(huán)境壓力的氣膜壓力。氣體擠壓膜潤滑軸承在結(jié)構(gòu)上比氣體靜壓軸承簡單，在低速和靜態(tài)時(shí)優(yōu)于氣體動(dòng)壓軸承，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)氣體擠壓膜進(jìn)行分析研究。 在理論分析方面，本文首先對(duì)氣體擠壓膜雷諾方程進(jìn)行了修正，加入了氣體慣性的影響因素，，應(yīng)用有限差分法對(duì)修正后的雷諾方程進(jìn)行數(shù)值求解，得到了考慮慣性的氣體擠壓膜的壓力、承載能力等，與不考慮慣性的情況進(jìn)行對(duì)比，討論不同參數(shù)下氣體慣性對(duì)擠壓膜承載能力的影響。接著建立了綜合考慮氣體慣性和表面粗糙度的平均流量模型，分析了不同表面粗糙度對(duì)氣體擠壓膜的影響，并對(duì)表面粗糙度和慣性對(duì)氣體擠壓膜的影響情況進(jìn)行了對(duì)比。最后對(duì)同時(shí)考慮慣性和激振盤激振模態(tài)的氣體擠壓膜進(jìn)行了分析。 在實(shí)驗(yàn)研究方面，設(shè)計(jì)了新的懸浮體約束部件，搭建了擠壓膜測(cè)試的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上對(duì)擠壓膜部分懸浮性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，選取了數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理分析。 理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明：氣體慣性、表面粗糙度和激振模態(tài)是影響氣體擠壓膜承載性能的三個(gè)重要因素。慣性對(duì)氣膜壓力的減小作用主要體現(xiàn)在大膜厚階段，表面粗糙度對(duì)氣膜壓力的增大作用主要體現(xiàn)在小膜厚階段，同時(shí)氣體慣性會(huì)削弱表面粗糙度對(duì)氣膜壓力的影響。在計(jì)算氣膜厚度時(shí)加入激振盤的激振模態(tài)會(huì)使結(jié)果更精確，同時(shí)將減小慣性對(duì)氣體擠壓膜的影響。
【關(guān)鍵詞】：氣體擠壓膜 承載能力 氣體慣性 表面粗糙度 激振模態(tài)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH117.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 氣體潤滑的特點(diǎn)13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 本文內(nèi)容安排18-19
• 第二章 慣性對(duì)氣體擠壓膜的影響19-32
• 2.1 考慮氣體慣性的雷諾方程的推導(dǎo)19-25
• 2.1.1 Navier-Stokes 方程19-21
• 2.1.2 連續(xù)性方程21-22
• 2.1.3 雷諾數(shù)22
• 2.1.4 雷諾數(shù)的修正22-23
• 2.1.5 氣體擠壓膜雷諾方程的導(dǎo)出23-25
• 2.2 氣體擠壓膜承載能力分析25-31
• 2.2.1 氣體擠壓膜懸浮平臺(tái)的幾何模型25-26
• 2.2.2 初邊值條件26
• 2.2.3 承載力26-27
• 2.2.4 雷諾方程的數(shù)值求解27-28
• 2.2.5 計(jì)算結(jié)果28-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第三章 表面粗糙度和慣性對(duì)氣體擠壓膜的綜合影響32-44
• 3.1 表面形貌32-36
• 3.1.1 一維形貌33-34
• 3.1.1.1 算術(shù)平均值 R_a33-34
• 3.1.1.2 高度均方根值σ_034
• 3.1.1.3 交點(diǎn)密度 N_0和峰點(diǎn)密度 N_p34
• 3.1.1.4 輪廓高度分布函數(shù)ψ(z)34
• 3.1.2 二維形貌34-35
• 3.1.3 三維形貌35-36
• 3.2 考慮慣性的平均流量模型36-43
• 3.2.1 膜厚比λ36
• 3.2.2 實(shí)際膜厚 h_T36-37
• 3.2.3 考慮慣性平均雷諾方程的推導(dǎo)37-39
• 3.2.4 壓力流量因子φ_x和φ_y的確定39-40
• 3.2.5 計(jì)算結(jié)果及分析40-43
• 3.2.5.1 只考慮表面粗糙度的情況40-41
• 3.2.5.2 綜合考慮慣性和表面粗糙度的情況41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 考慮慣性和激振模態(tài)的氣體擠壓膜分析44-52
• 4.1 超聲換能器模型的幾何尺寸44-45
• 4.2 氣體擠壓膜懸浮平臺(tái)的有限元仿真45-48
• 4.2.1 有限元法分析超聲換能器耦合問題的數(shù)理基礎(chǔ)45-46
• 4.2.2 定義單元屬性46
• 4.2.2.1 定義單元類型及實(shí)常數(shù)46
• 4.2.2.2 定義材料屬性46
• 4.2.3 劃分網(wǎng)格——?jiǎng)?chuàng)建有限元模型46-47
• 4.2.4 激振盤的振動(dòng)模態(tài)分析47-48
• 4.2.5 超聲換能器的諧響應(yīng)分析48
• 4.3 考慮激振模態(tài)的氣體擠壓膜模型的建立48-49
• 4.3.1 振型曲線擬合48-49
• 4.3.2 數(shù)值求解49
• 4.4 數(shù)值求解及結(jié)果分析49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 氣體擠壓膜懸浮平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)研究52-63
• 5.1 超聲換能器的設(shè)計(jì)與制作52-55
• 5.1.1 壓電堆的設(shè)計(jì)52-54
• 5.1.1.1 壓電效應(yīng)52
• 5.1.1.2 壓電材料52-53
• 5.1.1.3 壓電堆制作53-54
• 5.1.2 超聲變幅桿的設(shè)計(jì)54
• 5.1.3 激振圓盤的設(shè)計(jì)54-55
• 5.2 數(shù)據(jù)采集與處理設(shè)備55-59
• 5.2.1 氣膜厚度（懸浮高度）的測(cè)量55-57
• 5.2.1.1 激光位移傳感器55-56
• 5.2.1.2 懸浮圓盤氣體約束環(huán)56-57
• 5.2.2 氣膜承載力的測(cè)量57-59
• 5.2.2.1 氣膜力傳感器57-58
• 5.2.2.2 數(shù)據(jù)采集卡58-59
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析59-62
• 5.3.1 懸浮高度59-60
• 5.3.2 激振盤振幅60-61
• 5.3.3 承載力61-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 致謝68-69
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：690220