气体轴承的静动特性研究

论文摘要

气体润滑轴承以高精度、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。由于动压气体轴承的动态特性直接影响相应转子的动力学行为,而且气体轴承的动态特性可以用其气膜的动态刚度系数和动态阻尼系数来表征,对于以气体轴承为支承的转子,这些系数可以用于转子的临界转速或不平衡响应的计算以及转子的稳定性分析,所以本文以静压气体径向轴承的静态特性为基础,深入研究了气体润滑径向轴承的静动态特性。本文的主要研究内容如下:(1)建立可压缩静压气体径向轴承的稳态数学模型,使用MATLAB PDE工具箱来求解静态气体润滑模型,并将计算结果与其他方法进行对比,从而验证本文所提出的方法的可行性。(2)以静态气体润滑模型为基础,推导出动态Reynolds方程和动压气体径向轴承动态刚度和动态阻尼系数的计算方法,并分析扰动频率对动压气体轴承动态特性的影响。以上研究结果极大地丰富了气体润滑轴承的设计和制造理论,不仅对高速电主轴的设计、维护和维修提供了理论基础,而且可以帮助研究人员更好地分析动压气体轴承的临界转速和转子的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、目的和意义
• 1.1.1 课题来源和目的
• 1.1.2 课题意义
• 1.2 气体润滑技术发展概况
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 气体轴承的动力学分析方法
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 静压气体径向轴承的理论分析模型
• 2.1 静压气体轴承的工作原理
• 2.2 静压气体润滑的理论模型
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 气体润滑Reynolds 方程的一般形式
• 2.2.3 气体润滑Reynolds 方程的边界条件
• 2.2.4 等温条件下的静态气体润滑方程与边界条件
• 2.2.5 气膜厚度的计算
• 2.3 节流孔的流动
• 2.4 理论模型无因次化
• 2.4.1 Reynolds 方程的无因次化
• 2.4.2 无因次化流量计算
• 2.5 静特性计算
• 2.5.1 轴承承载能力的计算
• 2.5.2 轴承刚度的计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 静压气体轴承的计算分析
• 3.1 MATLAB PDE 工具箱简介
• 3.2 静态Reynolds 方程的求解
• 3.2.1 数学变换
• 3.2.2 划分网格
• 3.2.3 节流孔处压力计算
• 3.2.4 对剖迭代法
• 3.2.5 迭代计算流程
• 3.3 静态性能分析
• 3.3.1 压力分布
• 3.3.2 偏心率对静态性能的影响
• 3.3.3 计算结果比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 动压气体径向轴承的理论分析模型
• 4.1 动压润滑的形成
• 4.2 动压气体轴承的近似理论
• 4.2.1 动压气体轴承的工作状态描述
• 4.2.2 动态特性系数
• 4.3 动压气体径向轴承的基本方程
• 4.3.1 任意扰动下的气膜厚度
• 4.3.2 动态 Reynolds 方程
• 4.4 无因次化的动态特性系数
• 4.5 本章小结
• 第5章 动压气体轴承的计算分析
• 5.1 动态Reynolds 方程的求解
• 5.1.1 数学变换
• 5.1.2 计算流程
• 5.2 计算结果分析
• 5.2.1 静态特性分析
• 5.2.2 扰动频率对动态性能的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢