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小型径向静压气浮轴承的实验研究

作 者: 王跃
导 师: 黄国平;梁德旺
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 静压气浮轴承 微小型径向轴承 设计 实验 数值模拟
分类号: TH133.36
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 343次
引 用: 2次
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内容摘要


随着微小型发动机向着更高转速和效率的方向发展,传统的机械滚子轴承已经很难满足工作要求,而气浮轴承是很有希望解决此问题的支承方案。因此,本文以适合微小型发动机所使用的径向静压气浮轴承开展了研究。首先,通过理论计算,确定了待研究的径向气浮轴承尺寸。在此基础之上综合加工制造和结构精度两方面的因素,设计并制造了静压气浮轴承实验台。同时,对位移测量系统,测压系统以及高速传动系统进行调试和安装。最后整合各个分系统完成静压气浮轴承实验系统。其次,为了保证实验中位移测量的准确性,对电涡流位移传感器进行了标定了实验,确定了标定系数和误差范围。然后,在无转动的情况下进行了直径φ=15mm的静态径向气浮轴承的实验研究,实验中分别进行了不同供气压力、不同载荷、不同长径比、不同节流孔孔径、不同节流孔开孔位置以及不同半径间隙6种因素对径向静压气浮轴承承载力、刚度和耗气量的研究。并给出了实验中使用的直径φ=15mm,半径间隙c = 50μm的径向静压气浮轴承的最佳特征参数为:长径比L/D=1.17,节流孔孔径d 0 = 0.5mm,开孔位置l=L/3(双排,每排8孔均布)。本文实验的气浮轴承方案可以支撑典型的11厘米直径发动机转子(重约300g,过载约2.5倍时偏心率<0.35)。最后,采用高速电机作为驱动源对直径φ=15mm,半径间隙c = 80μm的径向静压气浮轴承进行了动态实验,证明了在低转速情况下,轴承仍是以静压支撑、润滑为主,动压效应可以忽略。同时通过对径向气浮轴承动压效果的数值模拟,也验证了上述结论,并由数值模拟给出了若干气浮轴承方案的运转特性,其中典型气浮轴承(φ=15mm, L D=1.17, c = 30μm, e =0.8)在转速n = 3. 2×10~4 rmin时动压支撑力为1.56N, n = 10×10~4 rmin时动压支撑力为8.0N。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-15
第一章 绪论  15-19
  1.1 课题研究的背景及意义  15-17
    1.1.1 国内外研究现状  15-16
    1.1.2 研究中存在的主要问题  16-17
  1.2 本文研究的主要内容  17-19
第二章 静压气浮轴承的工作原理和实验台的设计、制造  19-34
  2.1 静压气浮轴承的工作原理和影响其工作特性的参数  19-20
    2.1.1 静压气浮轴承的工作原理  19-20
    2.1.2 影响径向静压气浮轴承工作特性的性能参数  20
  2.2 径向静压气浮轴承各几何参数的选取及性能估算  20-24
    2.2.1 径向静压气浮轴承各几何参数的选取  20-22
    2.2.2 静压气浮轴承性能估算  22-24
  2.3 验证性实验台的建立及总结  24-31
    2.3.1 验证性实验台结构  25
    2.3.2 验证性实验  25-27
    2.3.3 验证性实验台存在问题的分析与改进方案  27-31
  2.4 静压气浮轴承实验台整体结构设计  31-32
  2.5 静压气浮轴承实验台的制造  32-33
  2.6 小结  33-34
第三章 电涡流位移传感器的标定实验  34-40
  3.1 标定实验的设备及方法  34-36
    3.1.1 标定实验的设备  34-35
    3.1.2 标定的方法  35-36
  3.2 标定实验结果  36-39
    3.2.1 直径φ=14.80 mm 的实验用轴  36-37
    3.2.2 直径φ=14.85 mm 的实验用轴  37
    3.2.3 直径φ=14.90 mm 的实验用轴  37-38
    3.2.4 直径φ=14.95 mm 的实验用轴  38-39
  3.3 小结  39-40
第四章 静态(转速ω= 0 )径向静压气浮轴承的实验研究  40-67
  4.1 静态径向静压气浮轴承实验研究规划及方案  40-42
    4.1.1 静态径向静压气浮轴承的实验研究规划  40
    4.1.2 静态径向静压气浮轴承的实验方案  40-42
  4.2 不同长径比对径向静压气浮轴承工作特性的影响  42-45
    4.2.1 不同长径比的径向静压气浮轴承加载特性研究  42-43
    4.2.2 不同长径比对径向静压气浮轴承偏心率的影响  43-44
    4.2.3 不同长径比对径向静压气浮轴承刚度的影响  44
    4.2.4 不同长径比对径向静压气浮轴承耗气量的影响  44-45
    4.2.5 不同长径比对径向静压气浮轴承工作特性的影响小结  45
  4.3 不同的节流孔孔径对径向静压气浮轴承工作特性的影响  45-52
    4.3.1 L/D=0.83的径向静压气浮轴承变节流孔孔径实验研究  46-48
    4.3.2 L/D=1的径向静压气浮轴承的变节流孔孔径的实验研究  48-50
    4.3.3 L/D=1.17 的径向静压气浮轴承的变节流孔孔径的实验研究  50-52
    4.3.4 不同的节流孔孔径对径向静压气浮轴承工作特性的影响小结  52
  4.4 不同的开孔位置对径向静压气浮轴承工作特性的影响  52-59
    4.4.1 L/D=0.83的径向静压气浮轴承的变开孔位置的实验研究  52-55
    4.4.2 L/D= 1的径向静压气浮轴承的变开孔位置的实验研究  55-57
    4.4.3 L/D=1.17的径向静压气浮轴承的变开孔位置的实验研究  57-59
    4.4.4 不同的开孔位置对径向静压气浮轴承工作特性的影响小结  59
  4.5 不同的半径间隙对径向静压气浮轴承工作特性的影响  59-66
    4.5.1 L/D=0.83的径向静压气浮轴承的变轴承半径间隙的实验研究  60-62
    4.5.2 L/D= 1的径向静压气浮轴承的变轴承半径间隙的实验研究  62-64
    4.5.3 L/D=1.17 的径向静压气浮轴承的变轴承半径间隙的实验研究  64-65
    4.5.4 不同的半径间隙对径向静压气浮轴承工作特性的影响小结  65-66
  4.6 总结  66-67
第五章 旋转状态下的径向静压气浮轴承的研究  67-77
  5.1 旋转状态下径向轴承的实验研究  67-69
    5.1.1 旋转状态下的实验装置  67
    5.1.2 旋转状态下实验参数的选取  67-68
    5.1.3 旋转状态的实验结果及分析  68-69
  5.2 气浮轴承动压效果的数值模拟研究  69-76
    5.2.1 雷诺方程式的简化  69-71
    5.2.2 雷诺方程求解程序介绍  71
    5.2.3 径向轴承动压效果的数值模拟  71-76
  5.3 小结  76-77
第六章 总结与展望  77-79
  6.1 主要结论  77-78
  6.2 工作展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
在学期间的研究成果及发表的学术论文  84

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 转动机件 > 轴承 > 静压轴承
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