气体静压止推轴承结构优化与数值模拟

发布时间：2017-05-08 18:10

  本文关键词：气体静压止推轴承结构优化与数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代高科技工业以及高新产业的高速发展,气体静压止推轴承作为一种广泛运用于高精度仪器测量与超高精密机床的机械结构越来越多的被采用,但该结构的静压主轴遇到外界刺激作用容易产生振动,影响机械设备的寿命和运行的安全性。本文通过对气体静压止推轴承进行结构优化分析与数值模拟,以使静压止推轴承的承载力达到最佳,提高轴承的稳定性。首先,基于气体静压润滑理论以及计算流体力学,对应用于气体静压润滑止推轴承运行机理进行研究,建立静压止推轴承气模流场的控制方程,采用有限体积法中二阶迎风格式进行方程离散,建立几何结构和网格模型,设置压力和壁面等边界条件,运用FLUENT软件进行仿真计算。其次,通过分析空气静压止推轴承中孔深度L、气腔深度δ及节流孔直径d与静压止推轴承气膜压强场、承载力、耗气量等性能之间的关系。得出结论:节流器小孔及圆形气腔区域附近气膜压力最大,适当增加气腔深度有利于提高静承载力。随着气腔深度的增加,不同孔径、静承载力、气体消耗量及出口气体流量均发生变化。最后,分析“均压槽”结构与静压止推轴承承载力等性能参数的关系,结果带有均压槽结构静压止推轴承气膜压力分布与不带有均压槽结构规律一致;气腔深度增加,单排均压槽静承载力呈螺旋上升的趋势,三排均压槽静承载力先逐渐减小再增加,气腔深度δ为0.9mm时承载力最低。气体消耗量均是增加趋势明显,单位载荷气体消耗率先增加,在气腔深度δ为0.9mm时略微降低,再增加,得到不同均压槽结构下的最优工况,带有均压槽时降低气腔深度是结构优化的前提保证。
【关键词】：静压止推轴承 数值模拟 静承载力 结构优化
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10
• 1.2 气体静压止推轴承10-12
• 1.2.1 滑动轴承概述10-11
• 1.2.2 气体轴承的分类11-12
• 1.3 气体静压止推轴承国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13-14
• 1.4 气体静压止推轴承发展趋势14-15
• 1.5 课题研究目的及主要内容15-16
• 第2章 静压止推轴承数值计算方法16-26
• 2.1 孔式空气静压轴承工作原理16-18
• 2.2 计算流体力学及CFD仿真概述18-19
• 2.3 静压止推轴承控制方程19-20
• 2.4 数值模拟方法确定20-24
• 2.4.1 对流项方程的离散20-23
• 2.4.2 控制方程组的求解23-24
• 2.4.3 收敛标准的判定24
• 2.5 边界条件分类24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 静压止推轴承性能分析与模拟26-46
• 3.1 模型建立及网格划分26-28
• 3.2 边界条件设置及迭代计算28-29
• 3.3 孔深度对静压止推轴承性能的影响研究29-44
• 3.3.1 0.5mm孔深静压止推轴承性能分析29-38
• 3.3.2 1mm孔深静压止推轴承性能分析38-41
• 3.3.3 1.5mm孔深静压止推轴承性能分析41-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第4章 均压槽结构的静压止推轴承性能模拟分析46-65
• 4.1 单排及三排均压槽几何模型46-48
• 4.2 单排均压槽静压止推轴承性能分析48-55
• 4.2.1 气腔深度对气膜流场影响机理分析48-53
• 4.2.2 气腔深度对静承载力影响机理分析53-55
• 4.3 三排均压槽静压止推轴承性能分析55-62
• 4.3.1 气腔深度对气膜流场影响机理分析55-60
• 4.3.2 气腔深度对静承载力影响机理分析60-62
• 4.4 不同均压槽静压止推轴承性能对比分析62-63
• 4.5 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-72
• 攻读学位期间发表的学术论文72-73
• 致谢73

【参考文献】

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1 马武学;并行多微通道气体静压止推轴承承载特性研究[D];东北林业大学;2013年

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本文编号：351620