球面螺旋槽气体动压轴承动态特性及稳定性分析

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1、分类号UDC密级编号硕士学位论文球面螺旋槽气体动压轴承动态特性及稳定性分析ResearchoftheDynamicCharacteristicsandStabilityfortheSphericalSpiralGrooveAerodynamicBearings学位申请人：杜彩凤指导教师：贾晨辉副教授一级学科：机械工程二级学科：机械制造及其自动化学位类别：工学硕士2015年05月独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

2、获得河南科技大学或其它教育机构的其他学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：摘要摘要气体润滑轴承作为一种新型滑动轴承，正在逐渐被人们重视。气体轴承的优点是运行时无噪声、摩擦小、不产生热量、振动小、寿命长，能够在特殊环境中稳定工作，并且磨损小。球面螺旋槽气体动压轴承是一种新型结构的滑动轴承，它既能承受径向载荷又能承受轴向载荷，且结构紧凑，回转精度高，广泛应用于陀螺仪、姿态控制装置、旋转机械等设备中，无论是从性能上还是从结构上都远远优于其他类型的气体动压轴承。本文以计算流体动

3、力学、气体润滑理论以及转子动力学理论为基础，针对球面螺旋槽气体动压轴承静态承载性能、动态特性以及稳定性进行了理论研究与分析计算，并对气体轴承气膜的动态特性系数和稳定性进行试验研究，具体的研究内容包括。以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象，建立气体轴承润滑分析的数学模型，基于CFD技术，采用流体动力学FLUENT软件，对球面螺旋槽气体动压轴承三维气膜压力场进行仿真分析，揭示不同转速下，轴承偏心率、槽宽比、槽深比、螺旋角、槽数和气膜间隙对稳态轴承气膜压力以及承载能力的影响规律，并在此基础上，对轴承的结构参数进行优化。结果表明，应用FLUENT软件进行数值分析可

4、以较为精确的模拟区域内气膜的复杂流场特性，并且转速越高，气体轴承内部的动压效应越明显，因此合理的选择轴承结构参数和运行参数有助于改善润滑性能，提高轴承的稳态承载特性。建立轴承-转子系统模型，基于CFD的动网格模型，通过自定义的UDF程序实现转子旋转速度与位移扰动、旋转速度与速度扰动相结合求解动态特性系数的功能，分析非线性气膜力的变化，并将转子的旋转动边界转换为静边界，避免转子在旋转过程中引起的网格畸变问题，从而再现动压气体轴承气膜厚度与三维流场内非线性气膜压力的动态发展过程，研究不同转速和偏心率对气体轴承瞬态刚度系数和阻尼系数的影响规律，探索气浮轴承瞬态

5、非线性动力学行为。在求解动态特性系数的基础上，计算不同时间历程转子的轴心涡动轨迹，建立稳定性判断准则，研究不同转速下气体轴承的稳定性。结果表明：不同的转速和偏心率对轴承动态刚度和动态阻尼的影响较为显著，合理的选择轴承的转速和偏心率有助于改善轴承的动态特性。研究结果为动压气体轴承在复杂运行环境中提高稳定性提供了理论预测。关键词：气体动压轴承；球面螺旋槽；FLUENT；承载特性；动网格技术；动态特性系数；稳定性I摘要论文类型：应用研究选题来源：国家自然科学基金资助项目IIABSTRACTABSTRACTAsanewtypeofslidinglubricati

6、onbearing,gasbearingisgraduallytakenseriouslybypeople.Itrunsnoiseless,lowfriction,noheat,smallvibrationandlongservicelife,whichisnotrestrictedbythewear.Sphericalspiralgrooveaerodynamicbearingisanewtypeofstructureofthejournalbearing,itcannotonlybearradialandaxialload,butalsohascom

7、pactstructureandhighgyrationprecision,whichiswidelyusedinthegyroscope,attitudecontroldevice,rotatingmachineryandotherequipment.Eithertheperformanceorstructureissuperiortoothertypesofaerodynamicbearing.Basedonthecomputationalfluiddynamics,gaslubricationtheoryanddynamictheory,thest

8、eady-statecharacteristic,dynamiccharacte