复合节流气体静压止推轴承静动态特性分析及实验研究

发布时间：2020-10-29 07:01

　　 静压气体轴承由于其精度高、寿命长等优点在超精密机床、精密测量仪等超精密设备中获得了广泛应用。目前我国气体静压主轴主要采用小孔节流形式,通过在轴承工作面安装小孔节流器产生节流作用,但该类轴承存在承载力小和刚度低的弊端。为进一步改善轴承性能,综合比较各种节流方式轴承性能的优缺点,本文针对采用小孔节流和表面节流相结合的复合节流形式的止推轴承进行静、动态性能的仿真和实验研究。本文所研究的复合节流止推轴承是在小孔节流止推轴承的基础上结合了表面节流的径向槽和周向槽结构。首先在稳态下建立了轴承的解析模型,轴承完成有槽区和无槽区的合理划分,根据质量流量守恒原则计算等效气膜厚度,进而推导出轴承承载力和刚度工程算法计算公式并利用MATLAB编写相关求解程序,初步研究结构参数对轴承静特性的影响规律。利用计算流体力学软件Fluent对所研究轴承进行仿真分析,对工程算法计算结果进行验证。并进一步获得轴承的压力分布情况,基于此,对节流槽长、槽宽和槽深等轴承参数对轴承静特性的影响规律进行了详细分析。在轴承的动特性方面,探究了轴承工作时的微振来源。在静态特性仿真结果基础上,利用CFD-POST后处理软件观察到轴承压力气膜中的气旋现象。并进一步研究了轴承节流孔直径、节流孔个数、气膜厚度和分布圆半径等结构参数对气旋强度的影响规律,并对复合节流和小孔节流轴承的涡量强度进行了比较分析。设计、加工了复合节流止推轴承和相同尺寸的小孔节流止推轴承,开展了轴承静、动态特性测量实验。实验结果一方面验证了所建立的复合节流轴承工程计算解析模型以及数值计算的准确性,另一方面对复合节流轴承与小孔节流的静动态特性进行了定量对比。本文研究表明复合节流形式相对传统的小孔节流形式具有更佳的承载力和刚度,但复合节流形式的涡量显著增大,造成其微振动加剧。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.36
【部分图文】：

空气静压轴承采用空气将轴颈与轴承衬套隔开，相比油膜润滑低、摩擦阻力小使得主轴几乎无温升，具有精度高、寿命长、无污染、抗、应用范围广泛等优点。采用气体静压轴承的主轴如图 1-2 所示[5]。但气于其润滑剂为空气，空气的可压缩性导致轴承的刚度较低、承载力较小，微振动现象。这些缺点成为空气静压轴承进一步应用的主要限制因素。

空气静压轴承采用空气将轴颈与轴承衬套隔开，相比油膜润滑低、摩擦阻力小使得主轴几乎无温升，具有精度高、寿命长、无污染、抗、应用范围广泛等优点。采用气体静压轴承的主轴如图 1-2 所示[5]。但气于其润滑剂为空气，空气的可压缩性导致轴承的刚度较低、承载力较小，微振动现象。这些缺点成为空气静压轴承进一步应用的主要限制因素。

用样条函数对螺旋槽几何形状参数进行了优化，如图 1-5，最大化，实验验证了该方法的有效性。Yoshimura[35]等人研节流的止推轴承的表面纳米波动现象，通过改变轴承的轴承量纳米波动的量，发现轴承出口的雷诺数对空气静压轴承的
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本文编号：2860554