三箔片动压气体轴颈轴承的动静特性研究

发布时间：2017-09-18 21:04

  本文关键词：三箔片动压气体轴颈轴承的动静特性研究

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【摘要】：波箔型动压气体轴颈轴承在国外已经被广泛的应用于各种高速透平机械中。与传统的气体轴承相比，波箔型动压气体轴颈轴承的结构较为复杂，但由于箔片的弹性变形特点使其具有许多突出的优点，包括：较好的运转稳定性、更低的能量损失、较高的转速、耐高温、以及较强的自适能力等，这些优点己经在实际应用中得到了证实。 本文所研究的三箔片动压气体轴颈轴承是波箔型动压气体轴颈轴承一种，三个箔片在轴承的圆周方向上依次安装，每个箔片结构均有平箔片和波箔片组成。本文主要进行了三箔片动压气体轴颈轴承的动静特性研究，为三箔片动压气体轴颈轴承的设计与应用提供一定的理论依据。 运用有限单元法，建立了箔片结构的梁单元模型，得到了耦合箔片变形的三箔片动压气体轴颈轴承的气膜厚度方程式。通过Matlab编程求得了气膜厚度方程与有限元法离散形式的雷诺方程的耦合解，，得到了三箔片动压气体轴颈轴承的气膜压力分布、气膜厚度分布、承载力、姿态角以及箔片变形量分布等仿真结果。根据仿真结果，本文分析了偏心率、转子转速、平箔厚度、波箔厚度、波箔节距等参数对三箔片动压气体轴颈轴承静态特性的影响。 采用小扰动法分析了三箔片动压气体轴颈轴承的动态特性。首先，采用线性摄动法，在雷诺方程的基础上，对相关变量作一阶泰勒展开，推导出了三箔片动压气体轴颈轴承的动态刚度与动态阻尼系数计算公式，然后通过Matlab编程求解了三箔片动压气体轴颈轴承的动态特性并对计算结果的进行分析与研究。其中，采用中心差分法与松弛迭代法对线性偏微分方程组进行求解，采用Simpson复化积分法数值积分求解动态特性系数。最后，根据仿真结果，本文分析了偏心率、转子转速、涡动比、平箔厚度、波箔厚度等参数对三箔片动压气体轴颈轴承动态特性系数的影响。
【关键词】：动压气体轴承 Reynolds方程 箔片变形 动静态特性
【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】：2013
【分类号】：TH133.37
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的目的及意义8-9
• 1.2 波箔型动压气体轴颈轴承发展趋势9-11
• 1.2.1 第一代波箔型动压气体轴颈轴承9
• 1.2.2 第二代波箔型动压气体轴颈轴承9-10
• 1.2.3 第三代波箔型动压气体轴颈轴承10
• 1.2.4 第四代波箔型动压气体轴颈轴承10-11
• 1.3 波箔型动压气体轴颈轴承的国内外研究现状11-13
• 1.3.1 国外理论研究现状11
• 1.3.2 国外实验研究现状11-12
• 1.3.3 国内理论研究现状12-13
• 1.3.4 国内实验研究现状13
• 1.4 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 三箔片动压气体轴颈轴承静态特性理论15-24
• 2.1 波箔型动压气体轴颈轴承的工作原理15-16
• 2.1.1 楔形效应15
• 2.1.2 波箔型动压气体轴颈轴承结构15-16
• 2.1.3 波箔型动压气体轴颈轴承内的楔形气膜16
• 2.2 波箔型动压气体润滑理论及数学模型16-20
• 2.2.1 波箔型动压气体轴颈轴承雷诺方程16-18
• 2.2.2 网格划分18
• 2.2.3 边界条件18
• 2.2.4 雷诺方程的离散求解18-20
• 2.3 箔片变形下的气膜厚度方程20-22
• 2.3.1 变形系数法求解箔片变形21
• 2.3.2 梁单元法求解箔片变形21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第3章 静态特性数值模拟及结果分析24-34
• 3.1 轴承静态性能计算24-25
• 3.2 耦合求解方法25-26
• 3.3 计算结果与分析26-33
• 3.3.1 转子转速对静态特性的影响27-29
• 3.3.2 偏心率对静态特性的影响29-30
• 3.3.3 平箔厚度对静态特性的影响30-31
• 3.3.4 波箔厚度对静态特性的影响31-33
• 3.3.5 波箔节距对静态特性的影响33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 三箔片动压气体轴颈轴承动态特性分析34-51
• 4.1 扰动方程式34-35
• 4.1.1 三箔片动压气体轴颈轴承雷诺方程式34
• 4.1.2 扰动下的气膜厚度与气膜力34-35
• 4.1.3 扰动方程35
• 4.2 网格划分与边界条件35-36
• 4.3 线性方程组的求解36-38
• 4.4 动特性系数的求解公式38-40
• 4.4.1 轴颈坐标下的动特性系数38-39
• 4.4.2 坐标转换与有量纲化39-40
• 4.5 动态特性系数的求解40-41
• 4.6 计算结果与分析41-49
• 4.6.1 涡动频率对动态特性的影响41-42
• 4.6.2 转子转速对动态特性的影响42-44
• 4.6.3 偏心率对动态特性的影响44-46
• 4.6.4 平箔片厚度对动态特性的影响46-48
• 4.6.5 波箔片厚度对动态特性的影响48-49
• 4.7 本章小结49-51
• 结论51-52
• 参考文献52-56
• 致谢56

【参考文献】

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本文编号：877468