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小孔节流静压气浮轴承—转子系统动力学特性研究

章正传  
【摘要】: 静压气浮轴承是气体轴承的常见形式之一,静压气浮润滑轴承由于运转速度高、回转精度高、润滑洁净环保等优点,逐渐被广泛应用于精密行业、低温压缩行业、食品工业、医疗卫生行业、核工业、航空航天等领域。但是静压气体轴承转子系统在外界激励作用下容易产生振动问题,当转子转速达到系统的固有频率发生共振时,易使轴颈与轴承接触,从而影响设备的安全可靠的运行,甚至会出现严重的抱轴事故。 为改善气体轴承的性能,提高气浮轴承转子系统的安全性、可靠性,本文进行了如下研究工作: 首先,本文在综述了国内、外气体静压轴承的发展历史和研究现状的基础上对气体静压轴承基本原理进行了概述,根据小孔节流静压气浮轴承的工作状况,作了若干假设,在此基础上导出了描述气膜压力场的二维可压缩Reynolds方程。通过有限差分将该方程离散化,将气体润滑问题表达为一组非线性方程组,并采用Newton迭代进行求解,为了改善求解效率,采用超松弛迭代进行求解。然后编制了轴承的节点压力数组及承载力、静刚度、气体质量流量等静态性能指标的计算程序,最后对计算结果进行了详细的理论分析。结果表明基于有限差分法的气体静压轴承的数值计算具有计算速度较快,方法简单,易于实现的优点。 其次,采用有限元方法建立某透平膨胀机转子-小孔节流静压气浮轴承系统动力学模型,形成刚度矩阵和质量矩阵,采用Newmark方法进行求解气浮轴承支撑的轴承-转子系统的突加不平衡响应,得出了激励力对转子稳态不平衡响应的影响。最后,对小孔节流静压气浮轴承进行了试验研究。对试验装置的原理、使用方法和试验数据的处理作了初步的探讨。并通过试验验证了该气浮轴承转子在不平衡激励下的响应。 通过数值计算和实验分析的结果对比分析,表明了建立的数学模型和采用的数值计算方法的正确性,可为小孔节流静压气浮轴承性能分析及其设计提供理论根据。


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