本文關鍵詞：轉(zhuǎn)子—氣體軸承系統(tǒng)振動特性的研究

  更多相關文章： 氣體軸承 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 動力學特性 氣膜力

【摘要】：靜壓氣體軸承在速度較高的機械系統(tǒng)上有著非常廣闊的應用。具有配合精度較高、不用考慮摩擦功耗、使用壽命長且內(nèi)部清潔等諸多優(yōu)點，而低承載力、小阻尼是導致氣體軸承應用受限的主要原因。轉(zhuǎn)子—氣體軸承系統(tǒng)有著復雜的動力學特性，而動力學研究的核心是獲得氣體軸承的氣膜力。 本文首先采用Fluent軟件對垂直供氣氣體軸承進行三維流場仿真，考慮轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、偏心、供氣孔數(shù)量、供氣孔直徑與供氣角度等因素對氣體軸承壓力分布的影響，得到不同轉(zhuǎn)速和偏心下的氣體軸承的氣膜力。結(jié)果表明：對于本文研究的靜壓氣體軸承，在數(shù)值計算中采用SST與層流模型相結(jié)合的計算方式可以得到較好的收斂結(jié)果；雙排供氣孔下，氣體軸承流場穩(wěn)定與壓力分布均勻，可以得到較為穩(wěn)定的工作環(huán)境。軸承的偏心率、轉(zhuǎn)速、供氣孔數(shù)量、供氣方式、供氣孔直徑大小均對軸承的氣膜力等特性產(chǎn)生較大影響，需綜合考慮，合理設計。 考慮垂直供氣氣體軸承氣膜力，采用有限元法建立了該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動力學模型，采用QR分解法求解了氣膜支撐下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速和振型；進而采用Newmark逐步積分法計算了轉(zhuǎn)子結(jié)點的不平衡響應，通過分析轉(zhuǎn)子響應的時間歷程圖、頻譜圖、軸心軌跡圖和幅頻特性曲線，對比給出了垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動響應的特點。結(jié)果表明3支點轉(zhuǎn)子—氣體軸承系統(tǒng)對渦輪端的不平衡量比較敏感，是該轉(zhuǎn)子動平衡的重點。 搭建垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實驗臺，，對轉(zhuǎn)子的模態(tài)固有頻率進行了測試，數(shù)值仿真與試驗結(jié)果對比證實轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎曲臨界轉(zhuǎn)速基本吻合，并對具體的實驗研究方案進行了分析，為以后深入的實驗研究提供思路。 研究結(jié)果對于氣體軸承設計、垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運行中的振動控制，動平衡、故障診斷等具有一定的借鑒意義。
【關鍵詞】：氣體軸承 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 動力學特性 氣膜力
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH133.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題的研究背景、目的及意義10
• 1.2 氣體軸承結(jié)構(gòu)型式及其主要特征10-15
• 1.2.1 簡單結(jié)構(gòu)氣體軸承11
• 1.2.2 箔片氣體軸承11-12
• 1.2.3 可傾瓦氣體軸承12-13
• 1.2.4 橡膠圈加穩(wěn)氣體軸承13-14
• 1.2.5 雙氣膜氣體軸承（浮環(huán)氣體軸承）14-15
• 1.2.6 鼠龍彈性支撐氣體軸承15
• 1.3 氣體軸承穩(wěn)態(tài)特性研究15-16
• 1.4 轉(zhuǎn)子—氣體軸承系統(tǒng)動態(tài)特性研究16-20
• 1.4.1 轉(zhuǎn)子—氣體軸承—彈性支撐系統(tǒng)動力學特性研究18
• 1.4.2 氣體軸承系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子的不對中研究18-19
• 1.4.3 轉(zhuǎn)子—氣體軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制19-20
• 1.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題20-21
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容21-22
• 第2章 垂直供氣靜壓氣體軸承三維流場仿真22-35
• 2.1 垂直供氣氣體軸承的相關參數(shù)22-23
• 2.2 計算模型及邊界條件23-28
• 2.2.1 簡化模型及網(wǎng)格劃分23-25
• 2.2.2 數(shù)值計算及邊界條件25
• 2.2.3 基本控制方程25-26
• 2.2.4 k 模型26-27
• 2.2.5 剪切應力傳輸模型（SST 模型）27-28
• 2.2.6 動力粘度系數(shù)28
• 2.2.7 靜壓氣體軸承數(shù)值仿真計算控制方程28
• 2.3 數(shù)值仿真過程及分析28-30
• 2.4 數(shù)值計算方案30-31
• 2.5 計算結(jié)果及分析31-33
• 2.5.1 不同偏心對靜壓氣體軸承的影響31-32
• 2.5.2 不同轉(zhuǎn)速對靜壓氣體軸承的影響32-33
• 2.6 本章小結(jié)33-35
• 第3章 垂直供氣靜壓氣體軸承氣膜力模型35-49
• 3.1 氣膜力及氣膜剛度的定義35-37
• 3.2 偏心率和轉(zhuǎn)速對靜壓氣體軸承氣膜力的影響37-39
• 3.2.1 偏心率的影響37-38
• 3.2.2 轉(zhuǎn)速的影響38-39
• 3.3 供氣方式對靜壓氣體軸承氣膜力的影響39-40
• 3.4 供氣孔數(shù)量及大小對靜壓氣體軸承氣膜力的影響40-43
• 3.4.1 供氣孔數(shù)量的影響40-42
• 3.4.2 供氣孔大小的影響42-43
• 3.5 垂直供氣靜壓氣體軸承氣膜力模型43-47
• 3.5.1 主氣膜力模型43-45
• 3.5.2 交叉氣膜力模型45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第4章 轉(zhuǎn)子—垂直供氣氣體軸承動力學特性仿真49-60
• 4.1 垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析49-51
• 4.2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型的建立51-52
• 4.3 氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速與陣型52-55
• 4.3.1 垂直供氣氣體軸承氣膜剛度支撐的臨界轉(zhuǎn)速和陣型52-53
• 4.3.2 氣膜剛度對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速影響分析53-55
• 4.4 氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應計算55-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 轉(zhuǎn)子—氣體軸承系統(tǒng)實驗測試及分析60-66
• 5.1 轉(zhuǎn)子—氣體軸承系統(tǒng)實驗臺搭建60-62
• 5.2 轉(zhuǎn)子模態(tài)固有頻率測量62-64
• 5.3 仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的初步對比64
• 5.4 垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實驗研究方案64-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及其他成果73-75
• 致謝75

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