發(fā)布時(shí)間：2020-11-22 17:27

　　 氣體靜壓軸承是精密、超精密設(shè)備中的重要部件之一,具有精度高、無摩擦、無污染等優(yōu)點(diǎn)。隨著精密、超精密技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)氣體靜壓軸承的剛度、精度及穩(wěn)定性的要求也不斷地提高。與傳統(tǒng)的小孔節(jié)流相比,多孔質(zhì)節(jié)流具有高承載力、高剛度和高阻尼等優(yōu)點(diǎn),且已經(jīng)受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。其中,多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測試方法及多孔質(zhì)氣體靜壓軸承性能的數(shù)值計(jì)算方法和測試方法是研究的難點(diǎn)。本文針對(duì)這一前沿課題展開研究工作,旨在探索多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的測試方法和研究多孔質(zhì)氣體靜壓軸承靜態(tài)性能的數(shù)值計(jì)算和測試方法。主要內(nèi)容如下： (1)本文在考慮氣體的可壓縮性和氣體在多孔質(zhì)材料中的流動(dòng)存在慣性損失影響的前提下,建立各向同性多孔質(zhì)材料滲透系數(shù)的數(shù)學(xué)模型,提出了一種各向同性多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試方法。設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置,測量不同供氣壓力下的體積流量,計(jì)算得到多孔質(zhì)石墨試件的滲透系數(shù),并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該測試方法的可行性。 (2)本文從流體三維流動(dòng)的基本控制方程出發(fā),結(jié)合氣體靜壓軸承實(shí)際工作情況,在一定的基本假設(shè)前提下,分別研究了全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的計(jì)算模型。 (3)本文應(yīng)用基于有限體積法的FLUENT軟件,依次對(duì)全多孔質(zhì)節(jié)流和局部多孔質(zhì)節(jié)流氣體靜壓止推軸承進(jìn)行了三維數(shù)值模擬計(jì)算,分析了軸承節(jié)流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、多孔介質(zhì)的特性參數(shù)以及工況參數(shù)對(duì)軸承靜特性的影響,得出了相應(yīng)的承載力、靜態(tài)剛度和氣體消耗量隨氣膜間隙變化的曲線,并提出了幾點(diǎn)關(guān)于這兩種不同節(jié)流形式氣體靜壓止推軸承設(shè)計(jì)的建議。 (4)本文自行構(gòu)建了氣體靜壓止推軸承性能測試平臺(tái),分別對(duì)全多孔質(zhì)石墨氣體靜壓止推軸承、局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承和小孔節(jié)流氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能進(jìn)行了測試研究,并與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。當(dāng)供氣壓力為0.5MPa,多孔質(zhì)材料其粘性滲透系數(shù)為7.877×10-15m2、厚度為10mm、直徑為45mm、氣膜間隙為3μm～5μm時(shí),全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的最大靜態(tài)剛度超過70N/μm。與具有相同工作面積的局部多孔質(zhì)氣體靜壓軸承和小孔節(jié)流氣體靜壓軸承的測試結(jié)果相比,全多孔質(zhì)氣體靜壓軸承具有更高的靜態(tài)剛度,具有很好的應(yīng)用前景。 本文通過數(shù)值計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試方法和氣體靜壓止推軸承靜特性進(jìn)行探索,為多孔質(zhì)石墨氣體靜壓止推軸承的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH133.36
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第一章 緒論
    1.1 課題來源及研究的意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究的背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外發(fā)展?fàn)顩r
        1.2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
    1.3 氣體靜壓軸承內(nèi)部流場數(shù)值計(jì)算中的主要方法
        1.3.1 流體內(nèi)部流場數(shù)值計(jì)算的主要方法
        1.3.2 CFD軟件及其在氣體潤滑軸承方面的應(yīng)用
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第二章 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試方法研究
    2.1 引言
    2.2 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)測試方法的理論分析
        2.2.1 多孔介質(zhì)滲透系數(shù)的表征
        2.2.2 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的數(shù)學(xué)模型
    2.3 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)測試方法的實(shí)驗(yàn)研究
        2.3.1 多孔質(zhì)石墨材料的制備工藝簡介
        2.3.2 多孔介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置設(shè)計(jì)
        2.3.3 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)的測試結(jié)果及分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的理論分析
    3.1 引言
    3.2 流體多維流動(dòng)的基本控制方程
        3.2.1 質(zhì)量守恒方程
        3.2.2 動(dòng)量守恒方程
        3.2.3 能量守恒方程
        3.2.4 控制方程的通用形式
    3.3 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承計(jì)算模型簡介
        3.3.1 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承計(jì)算模型
        3.3.2 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承計(jì)算模型
    3.4 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能
    3.5 本章小結(jié)
第四章 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的數(shù)值分析
    4.1 引言
    4.2 FLUENT軟件及其應(yīng)用
    4.3 利用FLUENT仿真全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承
        4.3.1 模型建立、網(wǎng)格劃分以及邊界條件設(shè)定
        4.3.2 FLUENT仿真實(shí)例
        4.3.3 仿真數(shù)據(jù)分析
    4.4 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的影響因素分析
        4.4.1 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能分析
        4.4.2 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的靜態(tài)性能分析
    4.5 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議
        4.5.1 關(guān)于多孔質(zhì)節(jié)流形式選擇的建議
        4.5.2 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的設(shè)計(jì)建議
        4.5.3 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承的設(shè)計(jì)建議
    4.6 本章小結(jié)
第五章 多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能的實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作原理及實(shí)驗(yàn)裝置
        5.2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
        5.2.3 實(shí)驗(yàn)條件
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.3.1 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能測試實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能測試實(shí)驗(yàn)
        5.3.3 小孔型氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能測試實(shí)驗(yàn)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論及展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士期間發(fā)表的論文
攻讀碩士期間參加的學(xué)術(shù)活動(dòng)
附錄Ⅰ 多孔質(zhì)石墨滲透系數(shù)測試數(shù)據(jù)
附錄Ⅱ 全多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能數(shù)據(jù)
附錄Ⅲ 局部多孔質(zhì)氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能數(shù)據(jù)
附錄Ⅳ 小孔型氣體靜壓止推軸承靜態(tài)性能數(shù)據(jù)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2894613