气体轴承织构润滑特性及主动控制研究

发布时间：2020-04-24 15:06

【摘要】：气体轴承由于具有良好的性能优点而被广泛应用于高速精密机械、医疗器械及电子工业等行业。本文针对气体轴承主要进行了两方面的研究:以固定瓦-可倾瓦组合气体轴承为研究对象,分析凹坑织构对其润滑性能的影响;另一方面基于压电作动器研究了主动径向润滑气体轴承的动力学响应。具体内容如下:1、基于具有球形凹坑织构的固定瓦-可倾瓦组合气体轴承动压润滑模型,运用有限差分法求解气体润滑Reynolds方程,利用坐标转换及组装技术获得组合气体轴承的非线性气膜力及承载力和摩擦力,分析了不同织构条件下,球形凹坑织构的分布位置和几何参数对组合气体轴承润滑性能的影响。2、以组合气体轴承的承载力最大和摩擦力最小为优化目标函数,基于球形凹坑织构最大深度、单元面积率、周向织构率等优化变量的可取范围,运用遗传算法进行优化计算,获得了达到优化目标的织构优化参数;同时将局部织构和全织构条件下组合气体轴承的润滑性能进行比较。3、基于圆柱型气体轴承支承的对称Jeffcott转子模型,运用直接积分法求解了轴承-转子系统的动力学方程,并结合有限差分法求解Reynolds方程得到非线性气膜力,通过轴心轨迹图、Poincare映射图和时间历程图分析了不同转速下轴承-转子系统的动力学响应:选择了合适的压电作动器,建立其线性模型并得到输入电压与输出位移的线性关系。4、建立了基于压电作动器和PD控制器的主动径向润滑气体轴承模型,推导出主动气体润滑Reynolds方程,运用有限差分法求解得到主动径向润滑气体轴承的气膜压力分布,基于Runge-Kutta法分析了该主动控制系统的动力学响应,并与未加主动控制时的动力学特性进行了对比。上述研究为固定瓦-可倾瓦组合气体轴承的表面织构设计及提高气体轴承-转子系统的稳定性提供了理论依据。
【图文】：

固定瓦,组合轴承,可倾瓦,表面织构

西安理工大学硕有效缓解由磨粒发生犁沟现象导致的高摩擦磨分布，使得其实际接触面积减小，降低了粘着人们最早是在研究机械密封件时开始重视表面目前表面织构技术在流体润滑机械零部件，如封件等中均有应用[18-22]。研究表面织构对固定对扩大气体轴承应用领域和提高轴承综合润滑且有益于节约能源。

曲线,织构,无量纲,承载力

图 2-9 无量纲承载力随整体织构率的变化Fig. 2-9 Dimensionless load-carrying capacityversus overall texture ratios图 2-10 无量纲摩擦力随整体织构率的变化Fig. 2-10 Dimensionless friction versusoverall texture ratios当轴承偏心率为 0.4，偏位角为 30°，凹坑织构区域起始角度为 30°，整体织构率为0.3，织构区域角度为 24°，轴向织构数为 25，，周向织构数为 20 时，图 2-11 给出了不同单元面积率时，轴承的承载力与凹坑最大深度的关系曲线。从图 2-11 可以看出：随凹坑织构最大深度的增加，轴承的承载力先增大后减小；当凹坑最大深度小于 50μm 时，凹坑面积率较大，则对应的轴承承载力较大；当凹坑最大深度大于 50μm 时，凹坑面积率越大，所对应的轴承承载力越小。图 2-12 给出了不同单元面积率时，轴承的摩擦力关于凹坑最大深度的关系曲线。从图 2-12 可以看出，随着凹坑最大深度的增加，轴承摩擦力都呈现递减的趋势；任意给定凹坑最大深度时，凹坑单元面积率越大，轴承摩擦力越小且减小速率更快。0.05500.0555W15.215.4F
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3

【参考文献】