多孔质气体静压轴承工作条件下动态特性及稳定域分析

发布时间：2020-09-07 10:03

　　 多孔质气体静压轴承因其特殊的节流方式,比传统的小孔节流轴承具有更高的承载力、刚度和较好的稳定性,体现出了巨大的发展前景。目前,对多孔质气体轴承静承载力、静刚度设计研究已基本成熟,但对其在工作条件下的动态特性的研究还比较少。因此,本文针对目前多孔质气体静压轴承的动态特性还存在依赖经验和缺乏实验验证的问题,对多孔质静压轴承动态特性中的动刚度和阻尼系数的变化规律进行了理论分析、数值模拟,得到相应的轴承设计参数规则;为进一步弥补传统线性定常轴承-转子系统模型无法准确反映轴承工作下动态性能的问题,建立了非线性粘性轴承-转子模型系统,计算得到轴承工作条件下的振动响应和稳定域,为实现超精密、高性能的多孔质气体静压轴承提供设计依据和技术支持。本文主要研究内容如下:(1)基于多孔质气体静压轴承气膜的稳态润滑计算方程,建立了轴承的动态数值模拟仿真模型。根据轴承多孔质材料内气体流动的三大守恒定律,结合气膜间隙中的流体控制方程,计算得到气膜在法向扰动下气膜的稳态润滑方程。采用动网格技术解决了轴承运动发生网格畸变的问题,自定义轴承的动态转动和外界扰动的UDF函数,并用有限体积法(FVM方法)对多孔质气体静压轴承的动态特性进行仿真分析。(2)研究了气体静压轴承在不同结构参数和工况条件下气膜动刚度和阻尼的影响规律。建立多孔质气体静压轴承气膜动态扰动模型,分析得到外界的扰动幅值、多孔质材料渗透率、气膜间隙和供气压力对气膜动刚度及阻尼参数的影响规律;基于局部多孔质气体静压轴承具有较好的静态性能,建立局部多孔质气体静压轴承动态仿真模型,与整体多孔质气体静压轴承对比分析气膜的动刚度和阻尼变化,得出局部多孔质气体静压轴承具有更好的动态特性。(3)开展了气体静压轴承的振动响应特性和稳定域分析。建立粘弹性Maxwell气膜等效振动模型,探究了供气压力、轴承负载和气膜间隙对轴承-转子系统幅频特性的影响规律;建立工作条件下的多孔质气体静压轴承轴承的动力学模型,得到轴承失稳时的临界转速,与局部多孔质气体静压轴承稳定域进行对比分析;最后搭建实验平台对轴承-转子系统进行了振动响应的测试实验,验证了本文建立的气膜等效振动模型的合理性和准确性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.36
【部分图文】：

轴承内气膜润滑的微元控制体在x方向力平衡可以得到：

动网格弹簧光顺过程示意图

动网格动态铺层过程示意图

【参考文献】

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本文编号：2813194