小孔节流静压气体轴承的特性计算与实验研究

发布时间：2017-04-10 14:13

  本文关键词：小孔节流静压气体轴承的特性计算与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气体轴承-转子系统由于摩擦损耗小、运转精度高、不产生油污染、构造精简、使用时间长等独特优点,在旋转机械行业有着广阔的应用前景,并为高速动力机械设备的发展开拓了新纪元。为了适应轴承-转子系统高参数性能指标的需求,转子的转速不断提高,对轴承的要求也越来越高,但由此引发的高速轴系稳定性问题也越来越多,为气体润滑发展提出了新的挑战。基于高速涡轮膨胀机的开发应用,本文以小孔节流静压气体轴承为研究对象,首先进行了静态特性计算,建立了模型,通过一维流动假设,推导得出了静态下气膜间隙内的压力分布、静承载力和静刚度,采用最新的Matlab软件进行编程计算,实现了承载力校核计算的快速输出,提高了计算的精度和效率,为稳态计算和进一步的研究打下了基础。针对可压缩气体的雷诺方程,采用有限元法进行了稳态特性计算。介绍了有限元求解可压缩雷诺方程的基本原理,并对小孔节流静压气体轴承进行了精确计算,求解得出气体的三维压力分布,并在压力分布的基础上求解了轴承的承载力、涡动力及刚度,阐述了气体轴承涡动机理和涡动力的计算方法,研究了动压效应和供气压力等参数对转子稳态特性的影响。最后,进行了高速的气体轴承-转子轴系特性试验,对试验设备和系统的搭建进行了详细介绍,分析了各个系统的主要功能及实现手段,给出了振动测试试验的方法。对试验结果进行了详细分析,通过图谱以及幅频曲线等给出了低频涡动、低频振荡等振动特征,并结合杨金福工程稳定性判别准则分析了轴系的稳定性,同时试验研究了转速和供气压力等参数对轴系稳定性的影响。此外,试验还给出了带有槽线的小孔节流静压气体轴承的试验结果,为同类型试验的研究和开展提供了依据和支持。
【关键词】：气体润滑轴承 承载力 流场分析 低频振动
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 气体轴承的发展概况及研究现状10-15
• 1.2.1 气体轴承的发展概况10-11
• 1.2.2 气体轴承的理论研究发展现状11-13
• 1.2.3 气体轴承的技术研究发展现状13-15
• 1.3 本文主要内容15-17
• 第2章 小孔静压气体轴承的静态特性计算17-31
• 2.0 静压气体润滑基本原理17
• 2.1 节流口内的气体流动计算17-20
• 2.1.1 气体流速计算17-18
• 2.1.2 质量流量计算18-20
• 2.2 气膜间隙内的流动计算20-25
• 2.2.1 计算模型与假设20-21
• 2.2.2 气膜间隙内的压力分布计算21-22
• 2.2.3 气体轴承的静承载力和静刚度计算22-24
• 2.2.4 基于Matlab的迭代求解方法24-25
• 2.3 计算结果分析25-28
• 2.3.1 偏心率对静态特性的影响25-26
• 2.3.2 轴承间隙对静态特性的影响26-27
• 2.3.3 供气孔直径对静态特性的影响27-28
• 2.4 计算结果的实验验证28-30
• 2.4.1 实验设备和系统28-29
• 2.4.2 实验过程及结果分析29-30
• 2.5 本章总结30-31
• 第3章 小孔静压气体轴承的稳态特性计算31-44
• 3.1 压缩雷诺方程的有限元解法31-35
• 3.1.1 加入点源的雷诺方程31-32
• 3.1.2 雷诺方程的处理32-33
• 3.1.3 划分单元体应用插值函数33-34
• 3.1.4 迭代求解34-35
• 3.2 小孔静压气体轴承的有限元求解35-38
• 3.2.1 计算模型35
• 3.2.2 网格划分与matlab迭代求解35-37
• 3.2.3 压力分布计算结果37-38
• 3.3 气体轴承稳定性分析与特性计算38-42
• 3.3.1 气体轴承涡动机理分析38-39
• 3.3.2 承载力与涡动力的计算39
• 3.3.3 刚度的计算39-40
• 3.3.4 动压效果和供气压力的影响40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 小孔静压气体轴承特性实验研究44-61
• 4.1 实验设备及系统搭建44-50
• 4.1.1 供气系统45-46
• 4.1.2 控制系统46-47
• 4.1.3 数据采集与分析系统47-49
• 4.1.4 试验台本体49-50
• 4.2 小孔静压气体轴承振动特性试验研究50-57
• 4.2.1 轴系升速振动特性分析50-54
• 4.2.2 动压效果对振动特性的影响54-55
• 4.2.3 供气压力对振动特性的影响55-57
• 4.3 带有槽线的小孔静压气体轴承振动特性试验研究57-59
• 4.3.1 试验对象及方案57-58
• 4.3.2 试验结果分析58-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第5章 结论与展望61-63
• 5.1 本文结论61
• 5.2 研究展望61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-67
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作67-68
• 致谢68-69
• 作者简介69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 陈明,徐建民;应用边界元法研究小孔节流空气静压径向轴承的运动精度[J];哈尔滨工业大学学报;1990年02期

2 陈策;杨金福;聂超群;;气体润滑轴承-转子系统非线性动力学特征的实验[J];航空动力学报;2008年08期

3 李子才,戴锷;气体轴承压力的数值计算——求解Reynolds方程的非线性有限元及其误差分析[J];力学学报;1980年02期

4 韩东江;杨金福;耿加民;何民;朱利民;;高速永磁电动机气体轴承-转子系统振动特性[J];航空动力学报;2013年08期

5 熊联友,侯予,吴刚,王秉琛,李怡,陈纯正;轴向缝切向进气径向气体轴承的稳定性研究[J];润滑与密封;1998年01期

6 李树森,刘暾,张鹏顺;小孔节流方式对气体静压轴承工作刚度影响的分析[J];润滑与密封;2000年04期

7 侯 予,王 瑾,陈纯正;径向小孔静压气体轴承的试验研究[J];润滑与密封;2002年02期

8 马文琦;于贺春;孙昂;;气体轴承-转子系统研究进展[J];润滑与密封;2010年06期

9 刘玉晗;刘宝玉;杨金福;韩东江;刘磊;;高速透平膨胀制冷机热力性能实验研究[J];制冷学报;2012年01期

  本文关键词：小孔节流静压气体轴承的特性计算与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：296877