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径向推力联合气体静压轴承静动态性能分析

作　者: 汪圣飞
导　师: 张飞虎
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 径向推力联合气体静压轴承 Fluent软件静态特性动态特性
分类号: TH133.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着超精密加工技术的发展,对于轴承的运动精度、转速以及刚度等参数提出了更高的要求。气体静压轴承凭借其运动精度高、污染小、寿命长等优点,被广泛地应用于超精密机床中,并取得了良好的效果。本文研究了一种使用于超精密加工机床中的径向推力联合气体静压轴承,使用计算流体力学软件对这种轴承的静、动态性能进行了仿真,并通过实验的方法对仿真结果进行了验证。本文建立了径向推力联合气体静压轴承内部气膜的模型,并对其进行网格划分,将网格文件导入到Fluent软件中进行计算,得到了轴承气膜中压强以及气体流速的分布情况。然后分别对轴承的轴向静态性能以及扭转静态性能进行了研究,通过计算得到了主轴偏移量、偏转角变化时轴承的承载能力、扭转力矩、轴向静刚度、角刚度以及轴承耗气量等静态参数,并进一步分析了供气压强、节流孔数量以及节流孔直径对轴承静态性能的影响,得到了一些规律性的结论。然后对于本文研究的轴承进行了实验研究,通过实验测定了该轴承的轴向静态刚度,实验结果与仿真计算的结果误差小于3%,这说明了使用这种模型对轴承进行仿真所得到的结果是可信的。最后对于该轴承的轴向动态性能进行了初步的研究,使用动网格技术模拟了主轴对于阶跃信号的响应情况,得到了主轴运动过程中轴承轴向动态刚度的变化情况,分析了气体静压轴承轴向动刚度与静刚度之间的关系。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8
    1.1.1 课题的来源  8
    1.1.2 本课题研究的目的和意义  8
  1.2 气体静压轴承的简介及研究现状  8-11
    1.2.1 气体静压轴承的简介  8-9
    1.2.2 国内外的研究现状  9-11
  1.3 本论文主要研究内容  11-13
第2章气体静压轴承数值仿真方法  13-23
  2.1 引言  13
  2.2 计算流体力学的简介  13-18
    2.2.1 流体力学基本方程  13-15
    2.2.2 计算流体力学的离散方法  15-16
    2.2.3 计算流体力学的计算过程  16-18
  2.3 Fluent软件简介  18-22
    2.3.1 Fluent软件的计算步骤  18
    2.3.2 网格的划分  18-20
    2.3.3 求解器的设置  20-21
    2.3.4 边界条件的设置  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章径向推力联合气体静压轴承轴向静态性能仿真及试验研究  23-36
  3.1 引言  23-24
  3.2 径向推力联合气体静压轴承轴向静态性能的仿真  24-34
    3.2.1 气膜的网格划分  25-26
    3.2.2 将网格导入Fluent计算  26
    3.2.3 气膜内部压强的分布情况  26-27
    3.2.4 轴承参数对轴承轴向静态性能的影响  27-34
  3.3 轴承轴向静态刚度实验  34-35
    3.3.1 实验方案  34
    3.3.2 实验结果分析  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章径向推力联合气体静压轴承扭转静态性能仿真  36-44
  4.1 引言  36
  4.2 径向推力联合气体静压轴承扭转静态性能的仿真  36-42
    4.2.1 气膜网格划分  36-37
    4.2.2 气膜内部的压力场分析  37
    4.2.3 轴承参数对轴承静态扭转性能的影响  37-42
  4.3 本章小结  42-44
第5章径向推力联合气体静压轴承轴向动刚度的初步研究  44-50
  5.1 引言  44
  5.2 动网格技术的简介  44-46
    5.2.1 网格的初始情况  44
    5.2.2 网格的更新方法  44-45
    5.2.3 定义边界的运动形式  45-46
  5.3 气体静压轴承常用的等效模型  46-47
  5.4 轴承轴向动态刚度的计算结果  47-48
  5.5 本章小结  48-50
结论  50-52
参考文献  52-55
附录1 主轴阶跃响应的UDF代码  55-59
致谢  59

径向推力联合气体静压轴承静动态性能分析

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