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静压止推气体轴承性能分析

作 者: 黄灏
导 师: 刘品宽
学 校: 上海交通大学
专 业: 机械与动力工程
关键词: 静压止推气体轴承 计算流体力学 几何参数 仿真
分类号: TH133.36
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 123次
引 用: 3次
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内容摘要


本文主要研究静压止推气体轴承的几何参数对其静态和动态性能的影响。利用商用计算流体力学软件FLUENT对轴承的气膜流场进行数值仿真,计算轴承在不同几何参数下的承载能力、气体流量和动态响应指标,分析轴承几何参数对其性能的影响,从而实现静压止推气体轴承的优化设计。本文首先建立静压止推气体轴承的数学模型,应用差分法求解雷诺方程计算轴承的静态性能;采用FLUENT软件包的前处理软件GAMBIT建立不同几何尺寸的静压止推气体轴承的气膜模型,利用FLUENT求解器仿真气膜的流场,获取静压止推气体轴承的静态性能参数:轴承的承载能力、气体流量、静态刚度。分析轴承的几何参数对其静态性能参数的影响。在轴承的静态性分析基础上,利用FLUENT软件的动网格功能,计算轴承的动态性能。设计用户自定义函数(UDF),定义阶跃信号输入给轴承的气浮块,仿真分析轴承止推板的运动输出。获取轴承动态性能指标:上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间;分析轴承几何参数对其动态性能影响。通过MATLAB软件的系统辨识工具,根据轴承的阶跃响应辨识出轴承等效弹簧阻尼模型的弹性系数和阻尼系数。设计静压止推气体轴承的实验测试平台,用以验证FLUENT仿真的数据。研究结果表明静压止推气体轴承几何参数和其静态、动态性能密切相关。节流孔直径和气膜厚度越小,气腔直径越大,轴承的承载能力和气膜刚度越好,而气腔深度对轴承的静态性能影响较小。静压止推气体轴承的外径较大时,轴承的动态性能更好;随着节流孔直径的增加,上升时间t r,峰值时间t p增加,意味著轴承对输入信号响应速度变慢;随着轴承气腔直径的增加,上升时间t r,峰值时间t p减小,最大超调量M p增加,意味著轴承对输入信号的响应速度提高,但是动态过程中的震荡变得强烈。FLUENT可以有效的应用于静压止推气体轴承的性能分析与优化设计。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-22
  1.1 课题研究背景、目的和意义  11-12
  1.2 气体润滑技术的发展和气体轴承特征概述  12-14
  1.3 计算流体力学概述  14-17
  1.4 商业CFD 软件概述  17-21
  1.5 本章小结  21-22
第二章 静压止推气体轴承的数学模型  22-34
  2.1 气体轴承的特点和分类  22-23
  2.2 气体轴承的基本方程式——雷诺方程  23-26
  2.3 差分法求解雷诺方程计算静压止推气体轴承静态性能  26-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 静压止推气体轴承静态性能仿真  34-42
  3.1 FLUENT 仿真静压止推气体轴承静态性能的流程  35-39
    3.1.1 GAMBIT 软件建立静压止推气体轴承气膜模型并划分网格  35-36
    3.1.2 设定FLUENT 求解器参数  36-37
    3.1.3 设定模型的边界条件并计算轴承静态性能  37-39
  3.2 计算结果  39-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章 静压止推气体轴承动态性能仿真  42-60
  4.1 FLUENT 软件分析轴承动态性能原理  42-45
    4.1.1 动网格的原理  43-44
    4.1.2 动网格的实现  44-45
  4.2 编写用户自定义函数(UDF)  45-49
  4.3 计算结果  49-55
  4.4 通过轴承的阶跃响应辨识轴承气膜等效模型的参数  55-57
  4.5 静压止推气体轴承动态性能实验测试平台设计  57-59
  4.6 本章小结  59-60
第五章 全文总结  60-61
  5.1 主要结论  60
  5.2 研究展望  60-61
参考文献  61-63
有限差分算法MATLAB 代码(附录1)  63-66
用户自定义函数(UDF)分析静压止推气体轴承阶跃响应的代码(附录2)  66-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  71

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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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