透平式气马达叶栅气动设计与数值模拟的研究

发布时间：2020-05-22 05:29

【摘要】： 透平式气马达是气马达的一种,其工作原理是通过喷嘴将空气的流动能直接转变成工作轮的机械能。透平式气马达具有能容比大,输出轴速度高,可改变喷嘴数目来调节功率等优点,多用于高转速、恒负载工况。本文针对摆角铣头主轴驱动用透平式气马达叶栅的气动设计和数值模拟展开研究。 本文首先对透平式气马达叶片流道的气动性能进行了一元理论计算和气动参数的设计,得出了叶片流道的进出口速度及其方向角、各部分损失系数以及叶轮的理论轮周效率、理论流量等参数。 本文对不同进气角(20 ~25 )情况下的平面叶栅进行了造型设计,在此基础上得到了叶片的三维几何模型,为有限元模型的建立打下基础。 本文应用计算流体动力学(CFD)软件Fluent6.3对透平式气马达叶栅的气动性能进行数值模拟,并对透平式气马达叶栅进行变参数研究。通过对不同参数组合下的叶栅数值模拟结果的分析对比,得出叶栅气动性能随不同叶栅几何参数(进气角、叶片数、叶片高度、叶片顶部径向间隙、冲角)变化的规律,进而得出透平式气马达叶栅的最佳参数组合。 本文确定的最佳参数组合叶栅满足摆角铣头工作力矩的设计要求,并存在较大裕度。 通过对高转速、小尺寸透平式气马达叶栅气动性能的数值模拟研究,本文发现了这种叶栅的一些独特之处,并对此做出了分析,为透平式气马达动态效应的研究打下了基础。
【图文】：

总产值、产品销售收入均首次突破 1500 亿元，超过但我国高端机床产品仍严重依赖进口。尤其在超精密产产品品种单一，各项性能指标均大大落后于国外产国外对我国进口限制的产品范畴，该类产品的关键技际机床制造行业发展日新月异，功能部件发展迅速，产业，机床配套件产业的发展有力地推动了机床主机的提高，并大大缩短了主机的生产周期，降低了生国家行业管理部门将发展数控机床功能部件及形成专发展重点之一。数控铣头是五轴联动数控机床的核心术密集型产品，它不仅技术含量高，而且市场前景十近年来技术竞争的前沿和热点，目前国内仅有少数几轴联动数控机床进行着探索性的研制，但由于某些关其可靠性、质量、精度等方面都难以与国外产品相比研制不过关，已成为当前制约我国高档数控机床发展头（如图 1-1 所示）是数控铣头的一种，是用于制造

铣头主轴驱动用透平式气马达叶栅的气动设计和数值模拟平式气马达概述达（air-motor）是将压缩气体的压力能装换为机械能的能作原理可分为容积式和透平式（涡轮式）两大类[10]。透和工作原理类似于透平机械（turbo-machinery）。透平机叶片机械、涡轮机械，是一大类动力机械的总称。透平机透平和燃气透平，其作用是将高温高压的气体（蒸汽或燃转换为机械能[11]。式气马达一般通过喷嘴喷出的高速气体冲击叶轮叶片将气作轮的机械能，其工作原理如图 1-2 所示。透平式气马达，输出轴速度高，可以改变喷嘴数目来调节功率；缺点为低、逆转复杂，在工况急剧变化时会降低效率，低速时于高速、恒负载工况[10]。摆角铣头用于超精密加工，切高，，因此用透平式气马达作为其主轴驱动部件较为合理。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH138.51

【引证文献】

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1 连红奎;顾春伟;李锡明;徐志明;叶钟;;有机朗肯循环透平设计与分析[A];2010’第五届绿色财富（中国）论坛会刊[C];2010年

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1 李杰;大高径比霍尔推力器的理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

本文编号：2675522