表面节流气体静压止推轴承的静态特性及实验研究

作     者：徐福鑫 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘海涛

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：表面节流 气体静压止推轴承 静态特性 有限元方法 

摘      要：超精密机床主轴逐渐采用气体润滑取代传统的液体润滑。而静压气体轴承的节流方式主要为小孔节流,不过小孔节流存在承载力和刚度较低的问题,减小最佳刚度对应的气膜厚度以提高刚度和承载力是十分有效的方法,而小孔节流的结构限制了气膜厚度的降低。因此针对节流器结构的研究对于改善气体静压轴承静态特性十分有必要。本文以表面节流气体静压止推轴承为研究对象,利用微型表面节流槽代替小孔节流,目的是改善轴承静态性能。本文分别从解析解法和有限元解法进行求解气体润滑方程(N-S方程),旨在探究各因素对轴承静态特性的影响规律。针对圆盘表面节流止推轴承,假设气流沿径向均匀流动,根据等效节流面积原理计算出等效节流槽半径,进而推导出表面节流静压气体止推轴承静态特性的解析解,对节流槽的槽长、槽宽、槽深及槽数对承载力的影响规律进行研究。并采用有限元方法对止推轴承的气膜承载力及刚度进行验证。利用有限元法对可压缩的雷诺方程进行求解,建立表面节流止推轴承气膜模型,利用计算流体力学软件Fluent进行求解得到止推面的气体压力分布,在此基础上求解静承载力和静刚度等静态特性参数,对止推面节流槽的几何参数、布置形式及轴承不均匀气膜对静态特性的影响规律进行分析。进行表面节流气体静压止推轴承静态性能参数测试试验,加工不同类型沟槽的表面节流气体止推轴承,研制表面节流气体静压止推轴承的静态特性参数测量实验台,通过实验测量表面节流止推轴承的静态性能,对仿真结果的正确性进行验证。本文旨在为表面节流的节流槽设计提供指导,为复合节流方式提供理论支撑。