精密离心机气体轴承承载特性及稳定性研究
发布时间：2017-06-08 04:01
本文关键词：精密离心机气体轴承承载特性及稳定性研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：精密离心机作为惯性仪表中加速度计的专用标定设备,对主轴回转精度要求极高。传统的轴承润滑方式无法满足其精度要求,气体轴承因具有摩擦小、工作精度高、工作范围广等优点,在精密离心机系统中得到广泛应用。但是与传统轴承相比,气体轴承存在承载能力弱、稳定性差等缺点。因此,研究气体轴承的承载特性及运行时的稳定性,对保证精密离心机系统的标定精度具有重要意义。本文以10-6精密离心机气体轴承为研究对象,基于数值模拟技术对其承载特性及稳定性展开研究,主要包括以下几个方面的内容：(1)精密离心机气体轴承承载特性研究。基于数值模拟技术研究了气体轴承流场跨尺度特征、动压效应、可压缩性。通过对比实验数据,分析了其对气体轴承流场计算的影响,确定了离心机气体轴承数值模拟技术细节。通过对称边界及循环对称边界对10-6精密离心机气体轴承建模。从气体轴承流场压力波动特性入手,研究了供气压力、偏心量、姿态角对气体轴承承载力与刚度的影响。(2)精密离心机轴承转子耦合作用下回转误差研究。针对轴承-转子耦合系统,通过拟合方法获得了考虑偏心和供气压力的气体轴承承载非线性模型,并基于有限元方法建立了轴承-转子耦合作用下的动力学模型,对重力、不平衡量、非线性气膜力作用下的转子动力学进行耦合计算。分析了转速、供气压力、质量偏心对转子运动的影响。计算得到了不同因素作用下转子回转误差。在小偏心扰动下,转子回转误差很小,能很好满足精密离心机主轴回转精度要求。(3)精密离心机气体轴承微幅自激振动研究。采用大涡模拟分析气体轴承节流孔出口处的漩涡流动,发现在流场内部存在多条大粘度流动带且有明显的低压区。对气体轴承微幅自激振动内在机理进行了分析。研究了气腔参数、形状、供气压力对微幅自激振动的影响。结果表明：减小气腔半径及高度均能减弱承载面的压力波动。无气腔结构中不存在漩涡流动,流动较稳定,而倒圆结构气腔能减弱流场波动。供气压力对承载面压力波动影响明显,当供气压力增加到某一临界值时,承载面发生剧烈压力波动。
【关键词】：精密离心机 气体轴承 承载力 轴承-转子耦合 微幅自激振动
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 第一章 绪论10-16
- 1.1 课题来源10
- 1.2 课题研究背景及意义10-11
- 1.3 气体轴承概述11-12
- 1.3.1 气体轴承的特点11
- 1.3.2 气体轴承的分类11-12
- 1.4 气体轴承国内外研究现状12-15
- 1.4.1 气体轴承国外研究现状12-13
- 1.4.2 气体轴承国内研究现状13-15
- 1.5 本文的主要研究内容15-16
- 第二章 气体轴承与计算流体动力学基本理论16-22
- 2.1 静压气体轴承基本理论16-19
- 2.1.1 气体润滑基本方程16-18
- 2.1.2 气体润滑基本方程简化18-19
- 2.2 计算流体动力学介绍19
- 2.3 利用Fluent求解气体润滑问题19-21
- 2.4 小结21-22
- 第三章 精密离心机气体轴承承载特性研究22-43
- 3.1 气体轴承流场特征分析及其验证22-27
- 3.1.1 气体轴承流场跨尺度特征22-24
- 3.1.2 气体轴承流场的可压缩性24-26
- 3.1.3 气体轴承流场旋转时的动压效应26-27
- 3.2 精密离心机气体轴承流场仿真建模与参数设置27-32
- 3.2.1 精密离心机气体轴承流场建模27-31
- 3.2.2 Fluent参数设置31-32
- 3.3 气体轴承流场仿真计算与分析32-38
- 3.3.1 径向轴承流场32-35
- 3.3.2 止推轴承流场35-38
- 3.4 轴承运转时工作参数对承载特性的影响分析38-41
- 3.4.1 供气压力、偏心量、姿态角对径向轴承承载特性影响38-40
- 3.4.2 供气压力、偏心量对止推轴承承载特性影响40-41
- 3.5 本章小结41-43
- 第四章 精密离心机轴承-转子耦合作用下回转误差研究43-63
- 4.1 气体轴承-转子系统耦合概述44-47
- 4.1.1 气体轴承-转子耦合机理44-45
- 4.1.2 气体轴承-转子耦合计算方法45-47
- 4.2 基于CFD计算结果的轴承-转子非线性承载力方程47-51
- 4.2.1 径向轴承非线性承载力拟合方程47-49
- 4.2.2 止推轴承非线性承载力拟合方程49-51
- 4.3 气体轴承-转子系统动力学建模51-53
- 4.4 质量偏心下轴承转子回转误差分析53-61
- 4.4.1 转速、供气压力、质量偏心对稳定周期运动过程的影响54-58
- 4.4.2 转速、供气压力、质量偏心对稳定周期运动振幅的影响58-60
- 4.4.3 转速、供气压力、质量偏心影响下转子回转误差60-61
- 4.5 本章小结61-63
- 第五章 精密离心机气体轴承微幅自激振动研究63-81
- 5.1 气体轴承微幅自激振动概述63-64
- 5.2 精密离心机气体轴承节流孔出口处流场分析64-73
- 5.2.1 大涡模拟数学模型64-65
- 5.2.2 仿真建模与参数设置65-66
- 5.2.3 小孔节流流场波动特性66-71
- 5.2.4 环面节流流场波动特性71-73
- 5.3 气体轴承微幅自激振动振动诱发机理73-75
- 5.4 10-6精密离心机气体轴承微幅自激振动影响因素分析75-80
- 5.4.1 气腔结构参数75-78
- 5.4.2 气腔形状78-79
- 5.4.3 供气压力79-80
- 5.5 本章小结80-81
- 第六章 总结与展望81-83
- 6.1 总结81-82
- 6.2 展望82-83
- 致谢83-84
- 参考文献84-87
- 攻读硕士学位期间取得的成果87
【参考文献】
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