波箔型气体动压轴承特性数值研究

发布时间：2017-09-17 11:03

  本文关键词：波箔型气体动压轴承特性数值研究

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【摘要】：波箔型气体动压轴承具有极限转速高、承载能力强和自适应稳定等特点，已被广泛应用于航空航天高速旋转机械中。波箔型气体动压轴承的特性规律是其工程设计的主要依据，国内外对运转及结构参数变化下的轴承特性影响规律研究已较为深入。随着波箔型气体动压轴承应用领域的不断拓展、箔片材料及加工工艺的迅速发展、转子转速大幅提高，润滑气体特性、箔片力学特性以及微流动效应对轴承特性的影响程度更加突出，，本文针对以上问题开展研究工作。 首先，以Hydresil型波箔气体动压轴承为研究对象，建立了雷诺润滑方程和兼顾波箔变形的气膜厚度方程，运用有限差分法对两方程耦合迭代求解。在气体物性随类型和温度变化范围内，对润滑气体动力粘度（4.21×10-6-4.46×10-5Pa s）、轴承波箔片材料弹性模量（70-340GPa）和泊松比（0.15-0.45）等气固特性参数对轴承气膜厚度分布、压力分布以及承载能力的影响规律进行数值研究，结果表明，粘度升高，轴承承载能力提高50%-75%；弹性模量、泊松比增大，轴承的承载能力分别提高5%-10%、30%-40%。 其次，在两方程的轴承模型基础上，采用小扰动法推演扰动方程，利用有限差分法求解扰动方程获得动特性参数。在上述气固特性参数变化下对轴承动特性变化规律进行数值研究。发现随气体动力粘度升高，动态刚度系数增大约10%-50%，动态阻尼系数增大约25%-60%；随轴承箔片材料弹性模量的增大，动态刚度系数增大约30%-50%，动态阻尼系数在y方向上逐渐增大，增大约10%，在x方向上逐渐减小，减小约10%。 然后，运用ANSYS Workbench双向流固耦合仿真分析方法，并利用滑移速度模型描述微尺度流动下的边界滑移效应。对比分析了相同滑移边界下波箔型气体动压轴承与刚性轴承气膜压力和气膜厚度等静特性差异，结果表明滑移边界条件对刚性轴承影响更大。然后研究了轴颈表面与箔片表面不同滑移性质对轴承特性的影响，结果表明轴颈表面无滑移、箔片表面有滑移时轴承承载能力最强，反之最弱。进而分析了滑移边界条件下，波箔型气体动压轴承性能随润滑气体粘度，偏心率，半径间隙，转速等参数变化的规律。 本文的研究结果可为气体动压轴承工程设计提供有益的参考。
【关键词】：气体动压轴承 气体动力粘度 弹性模量 泊松比 滑移边界
【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】：TH133.37
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 弹性箔片气体动压轴承的发展14-16
• 1.2.1 第一代弹性箔片气体动压轴承14-15
• 1.2.2 第二代弹性箔片气体动压轴承15
• 1.2.3 第三代弹性箔片气体动压轴承15-16
• 1.2.4 第四代弹性箔片气体动压轴承16
• 1.3 国内外研究现状16-21
• 1.3.1 波箔型气体动压轴承静特性研究进展17-18
• 1.3.2 波箔型气体动压轴承动特性研究进展18-19
• 1.3.3 微流动研究进展19-21
• 1.4 本文研究内容21-23
• 第二章 气体动压轴承特性分析的理论基础23-30
• 2.1 可压缩流体的动力润滑理论23-26
• 2.1.1 流体流动控制的基本方程23-24
• 2.1.2 润滑气体基本性质24-25
• 2.1.3 动压润滑的基本原理25-26
• 2.2 波箔型气体动压轴承气膜方程的建立26-29
• 2.2.1 物理模型26-27
• 2.2.2 气膜压力方程的推导27-28
• 2.2.3 气膜厚度方程的建立28-29
• 2.3 小结29-30
• 第三章 气固特性对波箔型气体动压轴承静特性影响分析30-37
• 3.1 计算模型及研究参数变化范围30-31
• 3.2 数值分析31-34
• 3.2.1 控制方程的无量纲化31-32
• 3.2.2 网格划分32
• 3.2.3 边界条件32
• 3.2.4 载荷、偏位角的求解32-33
• 3.2.5 耦合求解程序流程图33-34
• 3.3 计算结果与分析34-36
• 3.3.1 气体动力粘度对轴承静特性的影响34-35
• 3.3.2 箔片材料参数对轴承静特性的影响35-36
• 3.4 小结36-37
• 第四章 气固特性对波箔型气体动压轴承动特性影响分析37-45
• 4.1 计算模型及研究思路37
• 4.2 数值分析37-41
• 4.2.1 扰动方程推导37-39
• 4.2.2 边界条件39
• 4.2.3 动特性系数计算39-41
• 4.2.4 耦合求解程序流程图41
• 4.3 计算结果与分析41-44
• 4.3.1 气体动力粘度对轴承动态特性的影响41-42
• 4.3.2 箔片材料参数对轴承动态特性的影响42-44
• 4.4 小结44-45
• 第五章 边界滑移对波箔型气体动压轴承静特性影响分析45-61
• 5.1 数值模拟平台45-49
• 5.1.1 ANSYS Workbench45
• 5.1.2 FLUENT45-48
• 5.1.3 Static Structrual48-49
• 5.1.4 System Coupling49
• 5.2 计算模型49-50
• 5.3 三维建模与网格划分50-51
• 5.4 边界条件设置51-53
• 5.4.1 FLUENT 边界条件设置51-52
• 5.4.2 Static Structural 边界条件设置52
• 5.4.3 System Coupling 边界条件设置52-53
• 5.5 计算结果与分析53-60
• 5.5.1 滑移边界条件下刚性气体动压轴承与波箔型气体动压轴承性能比较53-55
• 5.5.2 四种滑移状态对波箔型气体动压轴承静特性的影响55-58
• 5.5.3 滑移状态下转子转速对波箔型气体动压轴承静特性的影响58
• 5.5.4 滑移状态下半径间隙对波箔型气体动压轴承静特性的影响58-59
• 5.5.5 滑移状态下偏心率对波箔型气体动压轴承静特性的影响59
• 5.5.6 滑移状态下润滑气体动力粘度对波箔型气体动压轴承静特性的影响59-60
• 5.6 小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 本文总结61-62
• 6.2 下一步工作62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 在校期间发表的论文68-69
• 附录69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘占生;许怀锦;;波箔型动压气体径向轴承的应用与研究进展[J];轴承;2008年01期

2 许怀锦;刘占生;张广辉;王永亮;;波箔片气体动压径向轴承气膜压力分布特点[J];轴承;2008年06期

3 丁增杰;氢氧涡轮泵用箔片轴承的试验研究[J];导弹与航天运载技术;1999年05期

4 姚海;箔片式动压气体轴承在低温透平机械中的应用与研究[J];低温工程;1998年03期

5 黄大革;张根p

本文编号：869004