半球型动压气浮轴承润滑机理研究与性能优化

发布时间：2017-06-25 14:06

  本文关键词：半球型动压气浮轴承润滑机理研究与性能优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：陀螺仪,是一种用来感测与维持方向的装置,基于角动量不变的理论设计出来的,因其具有不依赖于任何外界信息而能够测量出载体相对于惯性空间姿态参数的能力而被广泛应用在航空、航天等领域。半球型动压气浮轴承因其轴承表面为球面形状,它既能承受径向载荷又能提供轴向承载力,同时,气体润滑轴承具有工作转速高,无润滑液,无污染,功耗小,运行维护成本低,寿命长等优点,因此此类轴承很适合作为航空陀螺仪等惯性元器件的支撑和润滑元件。目前,对于半球型动压气浮轴承尚处于试验试制和初步的理论分析阶段,还未形成一套完整的理论设计分析体系。前人对于气体润滑技术的研究大多集中在倾向和推力气体润滑轴承,对球面滑动轴承的研究也主要是油液润滑或者是气体静压润滑。而很少有关于半球型动压气浮轴承的研究。本文提出了一种在内转子上部分刻槽,外轴承光滑的半球形动压气浮轴承,该轴承能够实现“自供气”,不需要借助庞大的外部气源,并且它不受轴承不对中的影响,且能同时提供径向和轴向的支撑。本文针对气体润滑特性,建立了半球型动压气浮轴承润滑理论润滑模型;并采用参数转换将气体润滑方程转换到标准的笛卡尔坐标系中,然后应用斜坐标变换使坐标系和斜槽平行,同时应用格林理论和八点法线性化润滑方程以解决气膜厚度不连续的问题,从而建立求解压力分布的有限差分法模型;然后基于MATLAB计算软件进行相应的理论计算,通过对不同结构参数、工况变化的轴承性能的比较,对半球型动压气浮轴承的静、动态性能进行参数化分析;同时运用非线性轴心轨迹法对半球型动压气浮轴承进行了非线性稳定性及不平衡响应计算,确定轴承转子的临界质量和临界转速,分析了轴承的名义间隙和槽深对轴承稳定性和不平衡响应的影响,为轴承的结构设计和寿命评估提供理论参考。本文最后对前面的计算方法进行合理系统总结,将其封装成一个理论合理、计算准确的自动分析计算工具,为实现半球型动压气浮轴承自动化设计、自动化性能评估准备。
【关键词】：陀螺仪 半球型动压气浮轴承 有限差分法 静、动态特性 轴心轨迹法 参数优化 仿真软件
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 物理量名称及符号表11-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 半球型动压气浮轴承综述13-20
• 1.2.1 气体润滑轴承发展简介13-14
• 1.2.2 刻槽轴承和球面轴承结构14-20
• 1.3 半球型动压气浮轴承的研究现状20-24
• 1.3.1 国外研究现状20-23
• 1.3.2 国内研究现状23-24
• 1.4 半球型动压气浮轴承研究不足24-25
• 1.5 本文主要研究内容25-27
• 第2章 半球型动压气浮轴承润滑理论研究27-34
• 2.1 流体动力润滑理论模型27-32
• 2.1.1 气体润滑方程27-30
• 2.1.2 参数变换30-31
• 2.1.3 斜坐标变换31-32
• 2.2 Reynolds方程降阶32-33
• 2.3 有限差分模型建立33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 半球型动压气浮轴承静态特性分析34-45
• 3.1 气体润滑控制方程的数值求解34-36
• 3.1.1 有限差分离散化34-35
• 3.1.2 Newton-Raphson迭代法35
• 3.1.3 轴承静态特性求解边界条件35-36
• 3.1.4 半球型动压气浮轴承静态特性模型36
• 3.2 半球型动压气浮轴承静态特性分析36-39
• 3.2.1 气压分布36-37
• 3.2.2 气体润滑模型验证37-39
• 3.3 半球型动压气浮轴承静态特性参数分析39-43
• 3.3.1 承载力对比（SSGB和SPB）39-40
• 3.3.2 转速和偏心率对轴承承载力的影响40-41
• 3.3.3 半径间隙对轴承承载力的影响41-42
• 3.3.4 槽深对轴承承载力的影响42
• 3.3.5 螺旋角对轴承承载力的影响42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 半球型动压气浮轴承动态特性分析45-59
• 4.1 半球型动压气浮轴承动态特性求解模型45-48
• 4.1.1 气体润滑方程的小扰动法处理45-46
• 4.1.2 轴承动态特性系数表达式46-47
• 4.1.3 轴承动态特性求解边界条件47-48
• 4.1.4 计算程序流程图48
• 4.2 半球型动压气浮轴承的动态特性研究48-58
• 4.2.1 动态特性和转速的关系49
• 4.2.2 半径间隙对轴承动态特性影响49-50
• 4.2.3 槽深对轴承动态特性影响50-55
• 4.2.4 螺旋角对轴承动态特性影响55
• 4.2.5 激振频率对轴承动态特性影响55-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 半球型动压气浮轴承动力学分析59-70
• 5.1 转子动力学理论模型59-60
• 5.2 半球型动压气浮轴承稳定性特性研究60-64
• 5.2.1 转子轴心轨迹对比（SSGB和SPB）60-61
• 5.2.2 半球型动压气浮轴承轴心轨迹分析61-63
• 5.2.3 转子临界质量63
• 5.2.4 转子临界转速63-64
• 5.3 半球型动压气浮轴承不平衡响应特性研究64-69
• 5.3.1 不平衡量对转子轴心轨迹的影响64-66
• 5.3.2 槽深对不平衡响应的影响66-67
• 5.3.3 FFT分析67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 优化方向和自动化分析软件开发70-75
• 6.1 参数优化方向70
• 6.2 轴承-转子系统实验试制70-71
• 6.3 自动化仿真软件开发71-75
• 6.3.1 软件开发的背景及目的71-72
• 6.3.2 开发环境及设计目标72
• 6.3.3 GUI操作显示界面介绍72-74
• 6.3.4 软件主要程序代码74-75
• 总结75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-83
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术成果目录83-84
• 附录B 攻读学位期间所参加的科研项目84-85
• 附录C 轴承气体润滑控制方程线性化过程85-90
• 附录D 仿真软件主要程序代码90-102

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