挤压膜轴承用压电挤压器振动特性研究及结构优化设计

发布时间：2017-08-11 18:24

  本文关键词：挤压膜轴承用压电挤压器振动特性研究及结构优化设计

  更多相关文章： 压电挤压器 挤压膜轴承 机电等效电路 谐振频率 有限元分析

【摘要】：在工业生产中,轴承是机械设备中不能缺少的重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体并减少其相对运动过程中的摩擦。根据运动元件摩擦性质的不同,轴承可以分为滑动轴承和滚动轴承。轴承性能、精度及寿命可靠性的优劣直接影响着整部机器的工作性能。本文提出了一种用于新型挤压膜轴承中的径向全包容多棱柱状压电挤压器。与传统轴承不同的是,它是近年提出的一种新型非接触式轴承,对减少轴承摩擦,改善轴承性能和提高轴承精度有着重要的意义。本文首先对挤压膜轴承的关键部件压电挤压器进行了结构的设计,由多棱柱金属内套筒和压电陶瓷片复合而成。该结构使挤压膜轴承与轴之间构成径向全封闭的薄膜空间,增加了辐射面积,减小了摩擦,提高了悬浮稳定性、旋转精度、工作效率等。在此基础上,应用弹性力学理论、压电超声振动理论和机电类比法构造了压电挤压器的径向耦合振动的机电等效电路,建立压电挤压器径向振动的机电等效电路并推导出压电挤压器的谐振频率方程和反谐振频率方程。用ANSYS软件对挤压器进行了模态分析和谐响应分析,仿真出压电挤压器成径向规则挤压变形时的谐振频率、反谐振频率、及径向最大振幅,并研究压电挤压器的谐振频率和振幅与其结构尺寸的关系,然后利用正交试验方法对其进行优化。最后,制作压电挤压器试验样机,通过精密阻抗分析仪对其谐振频率进行测试,验证有限元分析和优化结果的正确性。
【关键词】：压电挤压器 挤压膜轴承 机电等效电路 谐振频率 有限元分析
【学位授予单位】：大连交通大学
【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
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 挤压膜轴承用压电挤压器技术现状10-16
• 1.2.1 挤压膜悬浮特性概述10-12
• 1.2.2 挤压膜轴承特点12-13
• 1.2.3 挤压膜轴承用压电挤压器研究现状13-16
• 1.3 本文的研究意义16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 压电挤压器基础理论19-26
• 2.1 压电效应19-20
• 2.2 压电方程20-21
• 2.3 压电材料21-24
• 2.3.1 压电材料的主要性能参数21-23
• 2.3.2 压电材料的分类与应用23-24
• 2.4 压电振子24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 压电挤压器的设计26-29
• 3.1 压电挤压器的类型26
• 3.2 压电挤压器的工作原理26-27
• 3.3 压电挤压器的设计27-28
• 3.3.1 压电挤压器的结构设计27-28
• 3.3.2 压电挤压器材料的选择28
• 3.4 本章小结28-29
• 第四章 压电挤压器径向振动数学模型的建立29-40
• 4.1 多棱柱内套筒的径向振动29-33
• 4.1.1 基本方程29-32
• 4.1.2 机电等效电路32-33
• 4.2 压电陶瓷片的长度伸缩振动33-37
• 4.2.1 基本方程33-36
• 4.2.2 机电等效电路36-37
• 4.3 压电挤压器径向耦合振动37-39
• 4.3.1 等效电路37
• 4.3.2 等效阻抗37-39
• 4.3.3 谐振频率方程39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 压电挤压器有限元分析及优化40-55
• 5.1 有限元与ANSYS软件简介40-41
• 5.1.1 有限元法40
• 5.1.2 ANSYS软件40-41
• 5.2 有限元模型的前处理41-45
• 5.2.1 材料参数的设置41-43
• 5.2.2 实体建模43-44
• 5.2.3 网格的划分44-45
• 5.3 压电挤压器模态分析45-48
• 5.3.1 加载边界条件45
• 5.3.2 计算与结果45-48
• 5.4 压电挤压器谐响应分析48-49
• 5.5 压电挤压器结构尺寸对振动特性的影响49-52
• 5.5.1 压电挤压器结构对其谐振频率和径向振幅的影响49-50
• 5.5.2 压电挤压器尺寸对其谐振频率和径向振幅的影响50-52
• 5.6 压电挤压器结构优化设计52-54
• 5.6.1 正交试验设计52-53
• 5.6.2 优化设计53-54
• 5.7 本章小结54-55
• 第六章 压电挤压器实验研究55-60
• 6.1 实验样机的制作55-56
• 6.1.1 实验样机的结构尺寸55
• 6.1.2 实验样机制作步骤55-56
• 6.2 压电挤压器的性能测试56-58
• 6.3 测试结果分析58-59
• 6.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-63
• 致谢63-64

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