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基于MATLAB的高速浮环动静压轴承特性研究
作 者: 陈昌婷
导 师: 郭红
学 校: 郑州大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 浮环轴承 浮环 稳定性 ANSYS MATLAB
分类号: TH133.36
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
浮环动静压轴承具有承载力高、摩擦功耗低、精度高、稳定性好等优异性能,在高速轴承—转子系统如航天航空、空分、超精密磨床等领域得到越来越广泛的应用。高速浮环轴承的油膜振荡一直是制约转子向高速发展的瓶颈,目前对浮环轴承稳定性仍有待进一步研究。另一方面,轴承内外层油膜厚度均较小,浮环受力变形可能会对油膜厚度造成影响。因此,深入研究浮环动静压轴承静动特性、稳定性及浮环对轴承性能的影响,对于提高高速浮环轴承—转子系统性能至关重要。本文以柱销内反馈径向浮环动静压轴承为研究对象,采用有限元方法建立内外膜静动特性仿真模型,在此基础上推导浮环轴承的稳定性判别方法。为了分析浮环变形对油膜厚度的影响,基于ANSYS求解了不同转速不同偏心下浮环变形情况并与油膜厚度进行了对比。研究的主要内容包括:1.基于MATLAB的浮环动静压轴承静动特性仿真使用MATLAB编制有限元法计算浮环动静压轴承内、外膜压力分布程序,然后计算不同转速、不同偏心率下浮环平衡时的静动特性。2.浮环动静压轴承稳定性分析在刚度、阻尼等动特性数据的基础上,建立判断浮环—轴承系统动力学方程组,通过判断特征方程根的特点,迭代出浮环—轴承系统的临界转速,据以保证所设计的轴承在额定转速下不发生自激振动。3.基于ANSYS的浮环受力分析使用ANSYS建立了浮环的实体模型、划分网格、加载承载力和约束条件,求解得到浮环的应力和应变结果。通过对不同转速、不同偏心率及不同厚度下的浮环仿真结果分析得出,在转速不太高、偏心率低于0.6时浮环的变形量相对于油膜厚度可以忽略不计,将浮环看作刚体进行研究可以满足要求;在转速较高、偏心率较大时,必须考虑浮环的变形量对油膜厚度的影响。研究结果表明,浮环动静压轴承具有承载力高、摩擦功耗低、摩擦力矩小等优点,能有效提高轴承—转子系统的临界转速,适应了高速旋转机械的要求。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-7 目录 7-9 符号说明 9-10 1 绪论 10-20 1.1 研究意义与背景 10-11 1.2 浮环动静压轴承研究现状 11-15 1.3 浮环动静压轴承稳定性研究现状 15-16 1.4 浮环动静压轴承中浮环的研究现状 16-18 1.5 本课题的主要内容及意义 18-20 2 高速浮环动静压轴承静动特性数学模型的建立 20-31 2.1 浮环动静压轴承数学模型 20-25 2.1.1 浮环动静压轴承结构 20-21 2.1.2 基本假设 21-22 2.1.3 雷诺方程 22-23 2.1.4 边界条件 23-25 2.1.5 雷诺方程的无量纲化 25 2.2 浮环动静压轴承静特性计算 25-27 2.3 浮环动静压轴承稳定工作条件 27 2.4 浮环动静压轴承动特性计算 27-30 2.4.1 小扰动下的雷诺方程 28-29 2.4.2 动特性系数求解 29-30 2.5 本章小结 30-31 3 浮环动静压轴承稳定性分析 31-36 3.1 轴承稳定性分析的原理 31-32 3.2 浮环—轴承系统动力学模型 32-33 3.3 浮环—轴承系统临界转速计算 33-34 3.4 R-H准则判断浮环—轴承系统稳定性 34-35 3.5 本章小结 35-36 4 基于MATLAB高速浮环动静压轴承特性仿真及分析 36-51 4.1 高速浮环轴承控制方程的有限元格式和算法实现 36-38 4.1.1 伽辽金加权余量法原理 36-37 4.1.2 浮环动静压轴承方程离散 37-38 4.2 高速浮环动静压轴承结构及工况条件 38 4.3 基于MATLAB的浮环轴承静、动特性分析 38-49 4.3.1 前处理 39-40 4.3.2 有限元方程的求解 40-41 4.3.3 MATLAB程序编制及框图 41-43 4.3.4 内外膜压力分布计算结果 43-44 4.3.5 静特性计算结果 44-46 4.3.6 刚度及阻尼计算结果 46-49 4.4 高速浮环轴承稳定性计算结果 49 4.5 本章小结 49-51 5 基于ANSYS浮环动静压轴承中浮环有限元分析 51-63 5.1 有限元分析原理 51-52 5.2 ANSYS软件简介 52-53 5.3 浮环的ANSYS分析 53-56 5.3.1 ANSYS的基本分析步骤 53-54 5.3.2 前处理 54-56 5.3.3 求解 56 5.3.4 后处理 56 5.4 基于ANSYS的浮环特性分析 56-62 5.4.1 不同转速、偏心率下浮环变形分析 56-61 5.4.2 不同厚度浮环变形分析 61-62 5.5 本章小结 62-63 6 结论与展望 63-65 6.1 结论 63-64 6.2 创新点 64 6.3 展望 64-65 致谢 65-66 参考文献 66-70 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 70
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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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