考虑惯性的气体挤压膜的理论分析与实验研究

发布时间：2017-08-17 17:23

  本文关键词：考虑惯性的气体挤压膜的理论分析与实验研究

  更多相关文章： 气体挤压膜 承载能力 气体惯性 表面粗糙度 激振模态

【摘要】：气体挤压膜润滑是一种新型的润滑方式：由压电陶瓷或磁致伸缩材料制成的换能器沿轴承工作面法向高频振动，使激振盘和悬浮体之间的气体不断受到挤压，从而形成高于环境压力的气膜压力。气体挤压膜润滑轴承在结构上比气体静压轴承简单，在低速和静态时优于气体动压轴承，因此有着广阔的应用前景。本文从理论和实验两方面对气体挤压膜进行分析研究。 在理论分析方面，本文首先对气体挤压膜雷诺方程进行了修正，加入了气体惯性的影响因素，，应用有限差分法对修正后的雷诺方程进行数值求解，得到了考虑惯性的气体挤压膜的压力、承载能力等，与不考虑惯性的情况进行对比，讨论不同参数下气体惯性对挤压膜承载能力的影响。接着建立了综合考虑气体惯性和表面粗糙度的平均流量模型，分析了不同表面粗糙度对气体挤压膜的影响，并对表面粗糙度和惯性对气体挤压膜的影响情况进行了对比。最后对同时考虑惯性和激振盘激振模态的气体挤压膜进行了分析。 在实验研究方面，设计了新的悬浮体约束部件，搭建了挤压膜测试的实验系统，在此基础上对挤压膜部分悬浮性能进行实验测试，选取了数据采集和处理设备，对实验获得的数据进行了处理分析。 理论分析和实验研究表明：气体惯性、表面粗糙度和激振模态是影响气体挤压膜承载性能的三个重要因素。惯性对气膜压力的减小作用主要体现在大膜厚阶段，表面粗糙度对气膜压力的增大作用主要体现在小膜厚阶段，同时气体惯性会削弱表面粗糙度对气膜压力的影响。在计算气膜厚度时加入激振盘的激振模态会使结果更精确，同时将减小惯性对气体挤压膜的影响。
【关键词】：气体挤压膜 承载能力 气体惯性 表面粗糙度 激振模态
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 气体润滑的特点13-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.3 本文内容安排18-19
• 第二章 惯性对气体挤压膜的影响19-32
• 2.1 考虑气体惯性的雷诺方程的推导19-25
• 2.1.1 Navier-Stokes 方程19-21
• 2.1.2 连续性方程21-22
• 2.1.3 雷诺数22
• 2.1.4 雷诺数的修正22-23
• 2.1.5 气体挤压膜雷诺方程的导出23-25
• 2.2 气体挤压膜承载能力分析25-31
• 2.2.1 气体挤压膜悬浮平台的几何模型25-26
• 2.2.2 初边值条件26
• 2.2.3 承载力26-27
• 2.2.4 雷诺方程的数值求解27-28
• 2.2.5 计算结果28-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 表面粗糙度和惯性对气体挤压膜的综合影响32-44
• 3.1 表面形貌32-36
• 3.1.1 一维形貌33-34
• 3.1.1.1 算术平均值 R_a33-34
• 3.1.1.2 高度均方根值σ_034
• 3.1.1.3 交点密度 N_0和峰点密度 N_p34
• 3.1.1.4 轮廓高度分布函数ψ(z)34
• 3.1.2 二维形貌34-35
• 3.1.3 三维形貌35-36
• 3.2 考虑惯性的平均流量模型36-43
• 3.2.1 膜厚比λ36
• 3.2.2 实际膜厚 h_T36-37
• 3.2.3 考虑惯性平均雷诺方程的推导37-39
• 3.2.4 压力流量因子φ_x和φ_y的确定39-40
• 3.2.5 计算结果及分析40-43
• 3.2.5.1 只考虑表面粗糙度的情况40-41
• 3.2.5.2 综合考虑惯性和表面粗糙度的情况41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 考虑惯性和激振模态的气体挤压膜分析44-52
• 4.1 超声换能器模型的几何尺寸44-45
• 4.2 气体挤压膜悬浮平台的有限元仿真45-48
• 4.2.1 有限元法分析超声换能器耦合问题的数理基础45-46
• 4.2.2 定义单元属性46
• 4.2.2.1 定义单元类型及实常数46
• 4.2.2.2 定义材料属性46
• 4.2.3 划分网格——创建有限元模型46-47
• 4.2.4 激振盘的振动模态分析47-48
• 4.2.5 超声换能器的谐响应分析48
• 4.3 考虑激振模态的气体挤压膜模型的建立48-49
• 4.3.1 振型曲线拟合48-49
• 4.3.2 数值求解49
• 4.4 数值求解及结果分析49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 气体挤压膜悬浮平台的实验研究52-63
• 5.1 超声换能器的设计与制作52-55
• 5.1.1 压电堆的设计52-54
• 5.1.1.1 压电效应52
• 5.1.1.2 压电材料52-53
• 5.1.1.3 压电堆制作53-54
• 5.1.2 超声变幅杆的设计54
• 5.1.3 激振圆盘的设计54-55
• 5.2 数据采集与处理设备55-59
• 5.2.1 气膜厚度（悬浮高度）的测量55-57
• 5.2.1.1 激光位移传感器55-56
• 5.2.1.2 悬浮圆盘气体约束环56-57
• 5.2.2 气膜承载力的测量57-59
• 5.2.2.1 气膜力传感器57-58
• 5.2.2.2 数据采集卡58-59
• 5.3 实验结果及分析59-62
• 5.3.1 悬浮高度59-60
• 5.3.2 激振盘振幅60-61
• 5.3.3 承载力61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴承伟;粗糙矩形平板挤压膜的表面粗糙度效应[J];大连理工大学学报;1991年01期

2 杜全根,胡元太,陈传尧;微梁谐振器高阶振动时的挤压薄膜阻尼效应[J];华中科技大学学报(自然科学版);2003年10期

3 吴承伟;表面粗糙度对圆盘挤压膜最小膜厚沉降特性的影响[J];机械设计与研究;1991年02期

4 吴承伟;表面波度和粗糙度的挤压膜效应[J];润滑与密封;1991年03期

5 魏彬;马希直;;考虑激振模态的挤压膜悬浮导轨特性分析[J];润滑与密封;2010年02期

6 魏彬;马希直;;挤压膜悬浮导轨的悬浮特性研究[J];润滑与密封;2010年08期

7 莫喜平;;ANSYS软件在模拟分析声学换能器中的应用[J];声学技术;2007年06期

8 景敏卿;刘恒;沈园;虞烈;;新型挤压膜气体轴承的研究[J];西安交通大学学报;2008年07期

9 魏彬;马希直;唐伟坤;;压电陶瓷激励下的超声悬浮特性研究[J];压电与声光;2011年01期

10 贾兵;陈超;赵淳生;;基于近场超声悬浮的耦合频率特性分析[J];中国机械工程;2011年17期

本文编号：690220