气体静压径向轴承的流场特性及波纹误差影响研究

作     者：倪壮 

作者单位：广西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐武彬;高尚晗

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：气体轴承 有限差分法 有限元法 波纹误差 扰动法 大涡模拟 

摘      要：随着社会的进步,科技的不断更新,整个制造业和装备业有了更高更广的要求和需求,拥有一款高转速,摩擦系数小的旋转机械对制造业有着至关重要的作用,则气体轴承是一款高转速、高精度、无污染的的轴承转子。气体静压径向轴承,是以压缩空气为润滑介质的一种高速旋转机械,压缩空气将轴承转子悬浮于轴承中,从而实现了转子和定子之间的分离,目前由于整个气体轴承在实际运用中存在这一定的性能不良等问题,所以还需要对静压径向气体轴承的性能进行不断的了解,为制造和使用提供一定的理论基础。本文以高速静压径向气体轴承为研究对象,通过建立小孔节流式静压气体轴承模型,利用求解含有节流质量的可压缩雷诺润滑方程,结合差分法和牛顿迭代进行非线性求解计算,以研究静压轴承的静特性;由于静特性对气体静压轴承的稳定性无法判断,为此本文通过建立扰动法计算模型,并对扰动复变函数进行三角函数变化,对轴承转动时振动幅值和振动频率进行线性处理,求解计算气体轴承的动态变化参数;同时针对在制造过程中的制造误差无法避免,本文以考虑误差中的波纹误差为基础,通过建立数学三角函数表达式,对气体轴承中存在波纹制造误差进行了静、动特性分析。通过对静压气体轴承静特性分析得到了高转速对静压气体轴测的影响是不可忽视的;同时通过建立的扰动计算中对静压气体轴承的动特性分析,得出了轴承的动刚度和动阻尼变化情况,偏心率增大可以有效地提高阻尼;气膜厚度增大,刚度和阻尼的作用都逐渐减小;同时转速可以提高主刚度的作用;供气压力的提高可以有效的提高刚度的作用。通过建立的波纹误差计算模型,分析了波纹误差对静压气体轴承的静、动特性的影响,得出了波长对竖直方向的刚度影响较大,对阻尼影响主要是水平方向上;周向波纹振幅增大,主刚度变化较大,而轴向波纹振幅增大,主刚度变化主要体现在竖直方向上;振幅对阻尼的影响主要集中在水平方向上,同时得出了周向波纹对静压气体轴承的静特性影响效果大于轴向作用。针对气体静压轴承节流孔附近的流场内部的复杂变化情况,本文通过静态模型和大涡模型分析了节流孔附近的流场变化,得出了在静压气体轴承的节流孔附近存在湍流作用,产生了压力不稳定,同时伴有产生冲击波（激波）,气膜区域由湍流逐渐变成层流。通过建立的理论计算模型和理论的有限元分析,得出了静压气体轴承的静、动特性在不同工况下的变化情况,为继续了解静压气体轴承提供一定的理论基础,同时对设计制造气体静压气体轴承提供一定的参考基础。