微型多叶气体箔片轴承特性研究
发布时间：2022-10-27 20:36
微型旋转机械作为动力源正日益发展。微型旋转机械因其高功率密度和高效率的特点极其需要一个稳定的轴承转子系统。传统的球轴承很难承受住极端高温环境。磁轴承容易受到电磁干扰。静压气体轴承需要额外的供气系统。微型箔片气体轴承,是一种具有弹性支承结构的微型动压轴承。因其具有低摩擦力,高工作转速,良好的稳定性,低的轴对中性,以及无需额外的供气源等优点,微型箔片气体轴承在微型旋转机械中有着广泛的应用前景,如微型涡轮机械和便携式电源。国内外研究工作主要集中在微型刚性气体轴承。针对微型气体箔片轴承的研究非常有限,且大都处于数值研究和初步实验阶段。尤其是国内,到目前为止几乎没有关于微型箔片气体轴承的研究报导。本文提出了一种微型多叶气体箔片轴承,该轴承的弹性基底具有分段刚度,能够有效减小启动摩擦而不至于大幅度减弱承载力。同时,弹性基底和顶箔之间的大接触摩擦面积能够提供足够的阻尼以增强轴承的稳定性。基于提出的轴承结构,本文通过紫外光刻加工制作了微型多叶气体箔片轴承。应用卡式定理,本文建立了箔片变形方程。将箔片变形方程的计算结果和ANSYS Workbench仿真结果进行了比较,其一致性良好。通过耦合可压缩气体雷...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 微型旋转机械PowerMEMS综述
1.3 微型气体轴承综述
1.3.1 微型刚性气体轴承简介
1.3.2 微型半柔性气体轴承简介
1.3.3 微型箔片气体轴承简介
1.4 微型气体轴承的研究现状
1.4.1 微型气体轴承的国外研究
1.4.2 微型气体轴承的国内研究
1.4.3 微型气体轴承研究的共性问题
1.5 本文主要研究内容
第2章 微型多叶气体箔片轴承的设计与加工
2.1 微型多叶气体箔片轴承的设计
2.2 微型多叶气体箔片轴承的加工
2.2.1 UV-LIGA和X-LIGA的比较
2.2.2 掩膜版的加工
2.2.3 UV-LIGA加工
2.2.4 直流微电铸及光刻胶剥离
2.3 本章小结
第3章 微型多叶气体箔片轴承力学建模和润滑理论
3.1 箔片变形的力学建模
3.1.1 弹性基底的结构参数
3.1.2 弯曲悬臂梁变形柔度矩阵
3.1.3 弯曲悬臂梁箔片水平梁上任意点位移
3.1.4 相邻弯曲悬臂梁箔片之间的顶箔变形
3.1.5 相邻弯曲悬臂梁箔片变形的验证
3.2 微型多叶气体箔片轴承的润滑理论模型
3.2.1 气膜润滑径向轴承雷诺方程
3.2.2 雷诺方程的无量纲化
3.2.3 气膜厚度方程
3.2.4 压力边界条件处理
3.3 本章小结
第4章 微型多叶气体箔片轴承静动态特性研究
4.1 静态雷诺方程数值求解
4.1.1 雷诺方程的有限差分离散降阶
4.1.2 基于Newton-Raphson和低松弛迭代法求解Reynolds方程
4.1.3 微型多叶箔片气体轴承的承载力
4.1.4 静态程序计算流程
4.2 微型多叶气体箔片轴承静态特性研究
4.2.1 轴承工作参数对静态性能的影响
4.2.2 箔片结构对静态性能的影响
4.2.3 预留间隙对静态性能的影响
4.3 动态特性数值求解
4.3.1 动态雷诺方程的扰动法处理
4.3.2 扰动气膜厚度与箔片变形
4.3.3 扰动边界条件
4.3.4 轴承动态系数的推导
4.3.5 动态系数数值求解流程
4.4 微型多叶气体箔片轴承动态特性研究
4.4.1 轴承转速对动态性能的影响
4.4.2 轴承载荷对动态性能的影响
4.5 本章小结
第5章 PowerMEMS仿真及实验台搭建
5.1 PowerMEMS轴承转子动力学仿真
5.1.1 PowerMEMS结构设计
5.1.2 微型多叶气体箔片轴承-转子动力学仿真
5.2 PowerMEMS实验台搭建
5.2.1 实验台总体结构设计加工
5.2.2 实验台细节设计加工
5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
附录 B 攻读学位期间所参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS微电机综述[J]. 戴福彦,张卫平,陈文元,刘凯,马高印,肖奇军,张忠榕. 微电机. 2009(08)
[2]微燃烧透平发电系统的研制及性能测试[J]. 徐进良,胡建军,曹海亮. 中国机械工程. 2008(12)
[3]准气体动力循环Power MEMS气体静压轴承[J]. 王婧,张力,邓达强,陈卫军,徐宗俊. 重庆大学学报(自然科学版). 2007(07)
[4]Power ME MS研究现状及展望[J]. 甘霖,李伟,杨灿军,刘宜胜,宋瑞银,黎嘉杰. 机床与液压. 2004(09)
[5]微型/便携式发电系统原动机—微型/小型内燃机的研究[J]. 张仕民,郭志平,夏必忠,段广洪. 小型内燃机与摩托车. 2004(04)
[6]仿生学的意义与发展[J]. 路甬祥. 科学中国人. 2004(04)
[7]微型涡轮发动机设计与制造的若干关键技术[J]. 张力,徐宗俊,王英章. 重庆大学学报(自然科学版). 2003(11)
[8]基于微型涡轮发动机实现超高能量密度Power MEMS的研究[J]. 张力,徐宗俊,余成龙. 中国机械工程. 2003(15)
[9]微型气体轴承总体设计的分析[J]. 沈炎森. 深冷技术. 1982(05)
博士论文
[1]一种微型涡轮发动机的关键结构及其制造技术的研究[D]. 董颖怀.哈尔滨工业大学 2009
[2]微型转子轴承系统动力学问题研究[D]. 周健斌.上海交通大学 2009
[3]微型轴承—转子系统动力特性的研究[D]. 黄海.上海交通大学 2007
[4]激光直写光刻技术研究[D]. 李凤有.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]半球型动压气浮轴承润滑机理研究与性能优化[D]. 黄争.湖南大学 2016
[2]空气箔片轴承设计、制造及其静态和动态特性实验研究[D]. 王法义.湖南大学 2014
[3]基于SU-8紫外光刻工艺的直流微电铸技术研究[D]. 马日红.哈尔滨工业大学 2013
[4]基于UV-LIGA制作细胞培养器微注塑模具型腔的工艺研究[D]. 马雅丽.大连理工大学 2009
[5]UV-LIGA技术光刻工艺的研究[D]. 李雄.华中科技大学 2004
本文编号：3697173
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 微型旋转机械PowerMEMS综述
1.3 微型气体轴承综述
1.3.1 微型刚性气体轴承简介
1.3.2 微型半柔性气体轴承简介
1.3.3 微型箔片气体轴承简介
1.4 微型气体轴承的研究现状
1.4.1 微型气体轴承的国外研究
1.4.2 微型气体轴承的国内研究
1.4.3 微型气体轴承研究的共性问题
1.5 本文主要研究内容
第2章 微型多叶气体箔片轴承的设计与加工
2.1 微型多叶气体箔片轴承的设计
2.2 微型多叶气体箔片轴承的加工
2.2.1 UV-LIGA和X-LIGA的比较
2.2.2 掩膜版的加工
2.2.3 UV-LIGA加工
2.2.4 直流微电铸及光刻胶剥离
2.3 本章小结
第3章 微型多叶气体箔片轴承力学建模和润滑理论
3.1 箔片变形的力学建模
3.1.1 弹性基底的结构参数
3.1.2 弯曲悬臂梁变形柔度矩阵
3.1.3 弯曲悬臂梁箔片水平梁上任意点位移
3.1.4 相邻弯曲悬臂梁箔片之间的顶箔变形
3.1.5 相邻弯曲悬臂梁箔片变形的验证
3.2 微型多叶气体箔片轴承的润滑理论模型
3.2.1 气膜润滑径向轴承雷诺方程
3.2.2 雷诺方程的无量纲化
3.2.3 气膜厚度方程
3.2.4 压力边界条件处理
3.3 本章小结
第4章 微型多叶气体箔片轴承静动态特性研究
4.1 静态雷诺方程数值求解
4.1.1 雷诺方程的有限差分离散降阶
4.1.2 基于Newton-Raphson和低松弛迭代法求解Reynolds方程
4.1.3 微型多叶箔片气体轴承的承载力
4.1.4 静态程序计算流程
4.2 微型多叶气体箔片轴承静态特性研究
4.2.1 轴承工作参数对静态性能的影响
4.2.2 箔片结构对静态性能的影响
4.2.3 预留间隙对静态性能的影响
4.3 动态特性数值求解
4.3.1 动态雷诺方程的扰动法处理
4.3.2 扰动气膜厚度与箔片变形
4.3.3 扰动边界条件
4.3.4 轴承动态系数的推导
4.3.5 动态系数数值求解流程
4.4 微型多叶气体箔片轴承动态特性研究
4.4.1 轴承转速对动态性能的影响
4.4.2 轴承载荷对动态性能的影响
4.5 本章小结
第5章 PowerMEMS仿真及实验台搭建
5.1 PowerMEMS轴承转子动力学仿真
5.1.1 PowerMEMS结构设计
5.1.2 微型多叶气体箔片轴承-转子动力学仿真
5.2 PowerMEMS实验台搭建
5.2.1 实验台总体结构设计加工
5.2.2 实验台细节设计加工
5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
附录 B 攻读学位期间所参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS微电机综述[J]. 戴福彦,张卫平,陈文元,刘凯,马高印,肖奇军,张忠榕. 微电机. 2009(08)
[2]微燃烧透平发电系统的研制及性能测试[J]. 徐进良,胡建军,曹海亮. 中国机械工程. 2008(12)
[3]准气体动力循环Power MEMS气体静压轴承[J]. 王婧,张力,邓达强,陈卫军,徐宗俊. 重庆大学学报(自然科学版). 2007(07)
[4]Power ME MS研究现状及展望[J]. 甘霖,李伟,杨灿军,刘宜胜,宋瑞银,黎嘉杰. 机床与液压. 2004(09)
[5]微型/便携式发电系统原动机—微型/小型内燃机的研究[J]. 张仕民,郭志平,夏必忠,段广洪. 小型内燃机与摩托车. 2004(04)
[6]仿生学的意义与发展[J]. 路甬祥. 科学中国人. 2004(04)
[7]微型涡轮发动机设计与制造的若干关键技术[J]. 张力,徐宗俊,王英章. 重庆大学学报(自然科学版). 2003(11)
[8]基于微型涡轮发动机实现超高能量密度Power MEMS的研究[J]. 张力,徐宗俊,余成龙. 中国机械工程. 2003(15)
[9]微型气体轴承总体设计的分析[J]. 沈炎森. 深冷技术. 1982(05)
博士论文
[1]一种微型涡轮发动机的关键结构及其制造技术的研究[D]. 董颖怀.哈尔滨工业大学 2009
[2]微型转子轴承系统动力学问题研究[D]. 周健斌.上海交通大学 2009
[3]微型轴承—转子系统动力特性的研究[D]. 黄海.上海交通大学 2007
[4]激光直写光刻技术研究[D]. 李凤有.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]半球型动压气浮轴承润滑机理研究与性能优化[D]. 黄争.湖南大学 2016
[2]空气箔片轴承设计、制造及其静态和动态特性实验研究[D]. 王法义.湖南大学 2014
[3]基于SU-8紫外光刻工艺的直流微电铸技术研究[D]. 马日红.哈尔滨工业大学 2013
[4]基于UV-LIGA制作细胞培养器微注塑模具型腔的工艺研究[D]. 马雅丽.大连理工大学 2009
[5]UV-LIGA技术光刻工艺的研究[D]. 李雄.华中科技大学 2004
本文编号：3697173
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3697173.html
