流固耦合作用下气体轴承-转子系统动态特性及结构优化

发布时间：2021-01-05 01:17

　　高速铣削加工中零件的加工质量很大程度上取决于主轴的动态特性及系统的运行平稳性,在高速运转下,采用气体轴承为支撑的电主轴气膜流场与转子之间存在强耦合作用。为适应高速精密加工发展需求,对于不同载荷激励及各种工况下的高速气体轴承-转子系统的耦合分析尤为重要。本论文以气体轴承-转子系统为研究对象,针对以静压气体轴承为支撑的高速轴承-转子系统在铣削过程中气膜流场及转子位移动态响应、转子轴心轨迹、流场压力变化等方面进行深入研究:基于流固耦合法分析转子在不同转速下转子轴心轨迹及动态特性系数变化规律,通过对模型的CFD数值建模及N-S方程的推导分析轴承-转子系统轴心轨迹和频谱特性,并结合轴承动态特性系数进一步分析转子轴心轨迹的变化规律。结果表明:转子轴心轨迹受转速影响很大。系统在转速20000r/min时出现明显的涡动现象,轴心轨迹开始发散,转子达到共振频率,轴承的稳定性变差。采用CFD数值计算,分区划分、局部加密的三维建模方法,并结合流固耦合法研究整个轴承-转子系统在不同阶跃载荷作用下的系统动态特性系数的变化趋势和流场的分布规律。与稳态阶跃载荷相比,瞬态阶跃力下转子超调量明显减小,且转子的稳定时间也... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１五轴高速铣削加工中心??Ｆｉｇ．?１．１?Ｆｉｖｅ－ａｘｉｓ?ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｍｉｌｌｉｎｇ?ｍａｃｈｉｎｉｎｇ?ｃｅｎｔｅｒ??

大连海事大学硕士学位论文??２空载下轴承－转子系统动态特性??本章以轴承－转子系统为研究对象，基于双向流固耦合数值仿真，通过对轴承及转子??的物理建模、数值耦合分析及Ｎ－Ｓ方程的推导得出系统动态特性系数随转速的变化规??律，结合转子承轴心轨迹图和频谱图，分析了不同转速下的转子轴心轨迹及转子动态位??移响应变化规律。??２．１气体轴承－转子系统结构组成??Ｉ?Ｉ??ｎ！??９??１，?０１６?Ｊ??Ｉ、８－法兰盘；２－上端径向轴承；３－壳体；４－冷却装置；??５－电机；６－上端止推轴承；７－径向止推联合轴承；９－转子??图２．１气体轴承－转子系统结构组成??Ｆｉｇ．?２．１?Ｇａｓ?ｂｅａｒｉｎｇ－ｒｏｔｏｒ?ｓｙｓｔｅｍ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ??图２．１为采用以气体轴承为支承的电主轴结构示意图。主要包括气体轴承组、转子、??电机等部件。径向止推气体轴承、径向气体轴承、止推气体轴承共同组成气体轴承组。??整个轴承－转子系统由气体轴承组提供支撑，供气方式采用外部供气为主，动压效应为辅??的。??－７－??

流固耦合作用下气体轴承－转子系统动态特性及结构优化??蠢??Ａ??１－径向轴承；２－转子??图２．２径向气体轴承结构??Ｆｉｇ．?２．２?Ｒａｄｉａｌ?ｇａｓ－ｂｅａｒｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??表２．１径向轴承结构参数??Ｔａｂ．?２．１?Ｒａｄｉａｌ?ｂｅａｒｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??参数?数值??下端／上端轴承长度??６０／５０??Ｌ／ｍｍ??轴承直径Ｄ／ｍｍ?５０??孔径?ｃ／／ｍｍ?０．２５??平均气膜间隙ＣＶ／ｍｍ?０．０２８??两排进气孔距离?１??３０??厶?〇／ｍｍ??节流孔数?１２??排数?２??图２．２所示为径向静压气体轴承的结构，采用双排节流孔供气方式，采用环面节流??形式，节流孔沿圆周方向均匀分布。??２．２流固耦合原理及控制方程??流体场与固体场的耦合作用被称之为“流－固耦合作用”。流场通过施加丁闹体场的??法向或切向压力而影响固体场的应力分布，应力通过改变流场的旭力和流速分布气膜的??承载和刚件：。??本文利用数侦解法分析轴承－转子系统流场体场的动态特性，通过建立物理模??型、耦合方程、设罝边界条ｆ丨．以及耦合计筧对系统进彳丁瞬态分析。流固耦合主要通过流??体与固体之间的耦合面传递数据，并通过流体控制方程、固体控制方程和耦合控制方程??－８－??


本文编号：2957730