静压气体径向轴承的静动特性研究

发布时间：2020-11-17 10:48

　　 空气静压轴承以高精度、无摩擦等独特优点在超精密加工及超精密检测领域得到了广泛的应用。为掌握空气静压轴承的设计、制造等关键技术，中国工程物理研究院机械制造工艺研究所专门立项所长基金课题《精密车床空气静压主轴系统的设计研究》，对空气静压轴承进行深入研究，为研制空气静压主轴探索技术途径。本文在该基金项目的资助下，专题探索了空气静压轴承的数值分析方法和实验手段，深入研究了轴承参数对轴承静、动特性的影响，以提高能满足不同需要的空气静压轴承的设计水平。 本文以气体润滑理论为基础，提出了以MATLAB偏微分方程工具箱为求解器来求解Reynolds方程的计算方法。该方法以有限元为基础，对标准型偏微分方程提供了一个非常简便、快捷的求解途径。本文采用该方法对静压气体径向轴承的静、动特性进行了深入研究。在理论分析的基础上设计、研制了一套小孔节流静压气体轴承实验件，对静压气体轴承的静、动特性进行了实验研究。 本文的主要研究内容和特色如下： (1)从一般形式的Reynolds方程出发，结合静压气体径向轴承实际工作状况，建立可压缩静压气体径向轴承的稳态数学模型。 (2)推导适合数值计算和数据推广的无量纲形式Reynolds方程，提出了基于MATLAB PDE工具箱来求解Reynolds方程的计算方法。 (3)对MATLAB PDE工具箱进行了二次开发，划分网格时所有单元均采用了直角三角形，对于母线边上的压力提出了对剖迭代的编程思想。计算了不同轴承参数下的静特性，分析了轴承各项参数对静压气体径向轴承静态性能的影响。 (4)研究了静压气体径向轴承动态刚度系数和动态阻尼系数普遍适应的计算方法，通过引入复扰动，结合静平衡时的Reynolds方程，推导出动态Reynolds方程，并给出静压气体径向轴承动态刚度和动态阻尼系数的计算方法。通过数值计算，重点考察了轴颈扰动频率对轴承动态特性的影响。 (5)设计了一套静压气体径向轴承，对轴承在各种不同条件下的静、动态性能进行了测试和研究，对数值计算结果进行了验证。 理论分析、数值仿真和实验结果相比较表明，所建立的数学模型和采用的数值计算方法正确。数值分析和实验结果为基金课题提供了技术支持，为气体轴承研究和设计人员提供了有价值的参考。
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH133.3
【部分图文】：

图5.8激振器实际输出信号膜力在静平衡位置附近Taylor展的增量可以表示成相对静平衡示:[:{二「:〕=}k/“刀)「x)十几。k。」Ly」L膜力在水平方向和竖直方向的四个线性阻尼系数的阻尼阵。如图5.9所示。图中，关表示挂生的动载荷。
【引证文献】

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本文编号：2887413