非光滑轴瓦表面对动压气体径向轴承动力特性的影响分析

发布时间：2020-09-03 16:07

　　动压气体径向轴承在高速旋转机械中的应用前景广泛,但当前存在的结构复杂、承载力较低、黏性摩擦力较大的缺点制约气体轴承的发展。针对这些缺点,结合非光滑表面理论,本文提出将非光滑表面理论运用到动压气体径向轴承结构上,研究非光滑轴瓦表面对气体轴承的气膜流场动力特性的影响规律。本文首先建立光滑刚性表面动压气体径向轴承模型,采用“自顶向下块结构”方法划分网格,通过FLUENT软件计算30000r/min、90000r/min、150000r/min三种不同转子转速下光滑表面气体轴承气膜流场的动力特性。然后建立多种不同结构的新型圆弧槽道气体轴承模型。通过改变影响轴承结构的槽深、槽宽、槽数及凹槽位置等结构参数,分析计算各类型气体轴承的气膜稳态动力特性,得到不同转速下各类型气体轴承的气膜压力分布、气膜承载力以及气膜黏性摩擦力研究结果,并与光滑表面气体轴承进行比较。结果发现,槽深、槽宽、凹槽数分别为0.5mm、8°、18的圆弧槽道轴承的气膜流场特性较好;相比光滑表面气体轴承,不同转速下气膜承载力分别提高5.39、5.11、5.29倍,气膜黏性摩擦力减小到光滑表面气体轴承的21.89%、24.81%、23.09%。最后考虑转子启停过程中的稳定性,提出长方形与球缺形两种凹坑型轴瓦结构模型,通过改变控制凹坑面积率与长宽比的结构参数,分析两种凹坑型轴承的气膜稳态动力特性,并与光滑表面气体轴承进行比较。结果表明,长方形凹坑型轴承的气膜稳态流场特性相比球缺形凹坑型轴承与贯穿型圆弧槽道轴承更加优异。通过以上研究为动压气体径向轴承的结构设计改进与数值计算提供可行途径。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH133.37
【部分图文】：

非光滑,例子,实际生活,流动阻力

也有很多为减小运动时的流动阻力用到非光滑结构的例子。例如图1.1（a）所示的鲨鱼皮泳衣，这类泳衣通过仿造鲨鱼的表皮构造，减小泳者入水后的水流阻力；图 1.1（b）所示的高尔夫球，其表面做成凹痕众多的结构，一方面通过促使球体绕流的湍流转捩现象发生，减小飞行过程中球体前后形成的阻力，另一方面其表面形成的小突起在球体旋转过程中会增大升力，进一步增加高尔夫球在空中的运动时间。由于润滑气体在气体轴承中的流动与空气在高尔夫球周围的旋转流动类似。本文联系非光滑表面的减阻原理，重新布局动压气体径向轴承的结构，分析非光滑轴瓦表面对动压气体径向轴承动力特性的影响，并与刚性表面动压气体径向轴承的的动力特性进行比较，得到动压气体径向轴承采用非光滑轴瓦表面时动力特性优异的结构参数。1.1.2 理论意义目前动压气体径向轴承还需要面临承载能力较低、黏性摩擦力较大、稳定性较差等相关依然存在的难题。研究如何解决上述提到的容纳多学科理论的问题，对整个气体轴承理论体系的建立有着强烈的推动作用。另一方面，目前动压气体径向轴承的相关先进研究成果主要掌握在西方少数国家，例如美国宇航局(NASA)、莫霍克创新技术公司（MTI），霍尼韦尔公司（Honeywell），英国伯明翰大学，日本东京大学等[9]。而国内对它的相关研究较少，也仅集中在中国科学院大学、西安交通大学、南京航空航天大学等有限的几所高校中。而气体轴承的相关研究对推动我国航空航天事业、精密仪器加工事业、低温工程、医疗器械等方面的发展有着很大的作用。

四种类型,沟槽,沟槽面,学位论文

中北大学学位论文槽非光滑表面SA 研究人员 Walsh 等[51]首先发现在流体顺流过程中，微小的沟槽面对流体的摩擦阻力。紧接着，沟槽非光滑表面的减阻效果得到在此基础上对沟槽的形状进行不断改变与优化，发展出V 形、U形四种类型的沟槽非光滑表面，如图 1.2 所示。

径向轴承,楔形,动压,气体

的工作原理是根据气体动压润滑的理论，子与轴瓦表面形成的楔形空隙时，形成润压力分布，提供转子必要的承载力，达到的楔形效应是动压气体径向轴承能够不需用就可产生承载力的主要原因。图 2.1 表体径向轴承，代表轴承表面曲率的数值项方向来看，可以将轴承表面与转子表面展气体所充满，润滑气体在转子表面与轴瓦膜，并由大间隙方向向小间隙方向运动，在楔形区域中产生对转子的承载力。

【相似文献】