太阳能热声发电机中气体轴承的静动态性能研究

【摘要】： 静压气体轴承具有运转平滑、精度高、寿命长、无污染、温升小等优点,从而广泛应用于高速、轻载、精密和超精密加工等场合。然而常见静压气体轴承基本都需要外加体积庞大的气源,对其推广和使用有诸多不便。 本文设计和研究做水平往复运动的静压气体轴承,其工作在高压密封的环境下,不需要外加气源,是一种新型的气体轴承。研究分析其稳定性和承载力与轴承质量和激励频率之间的关系,为后续研究开发和应用做前期探索。具体做以下工作: 首先推导往复运动的气体轴承气浮振荡问题的动力学模型,求出往复运动问题的运动状态方程组,作为下面雷诺方程的边界条件。以雷诺方程的稳态无因次形式为基础,应用加权余量法,把二阶偏微分方程降阶为一阶偏微分方程,放松其对插值函数连续度的要求;然后,采用有限单元法对气膜划分直角三角形单元网格,列写气膜压力插值函数,对偏微分方程进行插值变换并导出压力方程组。 其次在在推导出静压气体轴承气浮振荡数学模型和雷诺方程的有限元模型基础上,对这两个数学模型进行连立,确定两者的连立求解过程,然后利用MATLAB软件对运动状态方程组和压力方程组进行编程求解计算。该计算程序能计算不同质量和激励频率下的气体轴承的运动状态和承载能力。 对轴颈气体轴承的计算结果进行分析,分析质量和激励频率对气体轴承的稳定性和承载特性的影响。并根据项目需要,分别讨论不同的质量和激励频率下质量和激励频率与轴承稳定性和承载特性的关系。 本课题的研究对进一步完善气体轴承理论具有一定的理论价值;对发展静压气体轴承具有重要的意义。 【关键词】：气体轴承 气浮振荡 承载能力 数值仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH133.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题研究的目的和意义8
• 1.3 自由活塞热气机气体润滑技术发展概况8-11
• 1.4 气体轴承的发展概况11-13
• 1.4.1 国外气体轴承的发展概况11-12
• 1.4.2 国内气体轴承的发展概况12-13
• 1.5 主要研究内容13-14
• 第2章 气体轴承的压力计算模型14-26
• 2.1 气体轴承的结构模型14-15
• 2.2 气体轴承的压力方程组15-23
• 2.2.1 基本假设15-16
• 2.2.2 等温状态Reynolds方程无因次形式16-18
• 2.2.3 压力边界条件18-19
• 2.2.4 Reynolds方程加权余量法的应用19-21
• 2.2.5 Reynolds方程有限元离散化21-23
• 2.3 压力方程组的解法23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 气浮振荡的计算模型26-33
• 3.1 引言26
• 3.2 左腔内气体的压力变化26-29
• 3.3 轴承腔内的气体压力变化29-31
• 3.4 单向阀的运动方程式31
• 3.5 轴承的运动方程式31
• 3.6 本章小结31-33
• 第4章 气体轴承的特性研究33-48
• 4.1 承载能力的计算33-34
• 4.2 迭代计算流程34
• 4.3 轴承的稳定性34-43
• 4.3.1 激励频率对轴承稳定性的影响41
• 4.3.2 质量对轴承稳定性的影响41-43
• 4.4 轴承静态性能计算结果分析43-46
• 4.4.1 压力分布43
• 4.4.2 轴承间隙对承载特性的影响43
• 4.4.3 偏心率ε对静态性能的影响43-46
• 4.4.4 右侧激励频率f对承载特性的影响46
• 4.5 本章小结46-48
• 结论48-49
• 参考文献49-53
• 致谢53

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