多孔介质气体轴承静动态特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工程硕士学位论文多孔介质气体轴承静动态特性研究硕士研究生：尚柏潼指导教师：朱明刚副教授学科、专业：动力工程论文主审人：靳国永教授哈尔滨工程大学2018年5月分类号：密级：UDC：编号：工程硕士学位论文多孔介质气体轴承静动态特性研究硕士研究生：尚柏潼指导教师：朱明刚副教授学位级别：工程硕士学科、专业：动力工程所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationforth

2、eDegreeofM.EngResearchonStaticandDynamicCharacteristicsofPorousAirBearingsCandidate:Shang-BaitongSupervisor:Prof.Zhu-MinggangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringDateofSubmission:May.2018DateofOralExamination:Jun.2018University:Har

3、binEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间

4、论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日S316

5、037004-尚柏潼.docx摘要气体轴承具有回转精度高、摩擦小、温升低、寿命长等优点，在高速精密机床、精密测量仪器，高速转子等设备上具有良好的适用性。由于气体粘度低、可压缩性强，气体轴承容易出现不稳定现象。因此，对轴承在非工作状态下的承载力、静刚度以及在运行过程中的主承载力、动刚度、动阻尼等关键参数进行精准计算很有必要。传统的气体静压轴承静动态特性研究方法往往需要借助很多假设条件对雷诺方程进行二维简化求解，不能精确反映润滑气膜内的三维流动及轴承的静动态特性。针对传统方法的局限性，本文基于计算流体动力学，分别以多孔介质气体

6、径向瓦型轴承和轴向盘状轴承为研究对象，做了如下工作：通过流体三维流动的控制方程建立了多孔介质气体静压轴承流场有限元数字模型，结合实际情况，确定多孔介质轴承内部流场的流体模型和边界条件，为后期分析动力学特性提供理论基础；使用FLUENT计算流体动力学软件分析了静载荷情况下轴承的静态特性，系统研究了不同气膜厚度、供气压力、承载面积及多孔介质粘性阻力系数对轴承承载力、静态刚度和体积流量的影响，揭示了工况、结构、尺寸差异等对多孔介质轴承静态特性的影响规律，从而得出合理的工况条件，为设计优化多孔介质气体轴承结构提供帮助。；通过静态计

7、算所得多孔介质气体轴承静态特性数据，选择最为优化的轴承尺寸和边界条件，通过CFD动网格方法，编写自定义UDF宏文件，简化了传统动态特性计算过程，实现了动载荷下轴承动态承载力、主刚度、主阻尼、交叉刚度、交叉阻尼精准计算，研究了轴承在不同气膜厚度和转速等工况下的动态特性。得出了多孔介质气体瓦形径向轴承及圆盘止推轴承的动态特性影响因素及变化趋势，使仿真结果更加趋于实际状况。利用轴承动态流场计算结果结合FLUENT被动运动边界计算方法6DOF，计算并绘制出多孔介质气体瓦形轴承上转子不同工况下的轴心轨迹非线性曲线。该方法有效改善了传

8、统主动运动边界条件需预先定义运动方程的繁琐步骤，直接给定转子质量及运动状态，模拟出转子——轴承系统真实运转情况。结合不同工况下的转子轴心轨迹图分析了轴承气膜稳定性的影响因素，并给出多孔介质瓦形径向轴承的安装方案，使转子——轴承系统稳定性得到提升。关键词：多孔介质；静态特性；动态特性；轴心轨迹哈尔滨工程大