半球型动压气浮轴承润滑机理研究与性能优化-机械工程专业毕业论文

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1、摘要陀螺仪，是一种用来感测与维持方向的装置，基于角动量不变的理论设计出来的，因其具有不依赖于任何外界信息而能够测量出载体相对于惯性空间姿态参数的能力而被广泛应用在航空、航天等领域。半球型动压气浮轴承因其轴承表面为球面形状，它既能承受径向载荷又能提供轴向承载力，同时，气体润滑轴承具有工作转速高，无润滑液，无污染，功耗小，运行维护成本低，寿命长等优点，因此此类轴承很适合作为航空陀螺仪等惯性元器件的支撑和润滑元件。目前，对于半球型动压气浮轴承尚处于试验试制和初步的理论分析阶段，还未形成一套完整的理论设计分析体系。前人对于气体润滑技术的研究大多集中在倾向和推力气体润滑轴承，对

2、球面滑动轴承的研究也主要是油液润滑或者是气体静压润滑。而很少有关于半球型动压气浮轴承的研究。本文提出了一种在内转子上部分刻槽，外轴承光滑的半球形动压气浮轴承，该轴承能够实现“自供气”，不需要借助庞大的外部气源，并且它不受轴承不对中的影响，且能同时提供径向和轴向的支撑。本文针对气体润滑特性，建立了半球型动压气浮轴承润滑理论润滑模型；并采用参数转换将气体润滑方程转换到标准的笛卡尔坐标系中，然后应用斜坐标变换使坐标系和斜槽平行，同时应用格林理论和八点法线性化润滑方程以解决气膜厚度不连续的问题，从而建立求解压力分布的有限差分法模型；然后基于MATLAB计算软件进行相应的理论计

3、算，通过对不同结构参数、工况变化的轴承性能的比较，对半球型动压气浮轴承的静、动态性能进行参数化分析；同时运用非线性轴心轨迹法对半球型动压气浮轴承进行了非线性稳定性及不平衡响应计算，确定轴承转子的临界质量和临界转速，分析了轴承的名义间隙和槽深对轴承稳定性和不平衡响应的影响，为轴承的结构设计和寿命评估提供理论参考。本文最后对前面的计算方法进行合理系统总结，将其封装成一个理论合理、计算准确的自动分析计算工具，为实现半球型动压气浮轴承自动化设计、自动化性能评估准备。关键词：陀螺仪；半球型动压气浮轴承；有限差分法；静、动态特性；轴心轨迹法；参数优化；仿真软件II万方数据半球形动

4、压气浮轴承润滑机理研究与性能优化AbstractGyroscopeiSakindofdeviceforthesensorandmaintainsdirection，whichiSdesignedbasedonthetheoryofangularconstantmomentum．Becauseofitsinde—pendenceonanyexternalinformationandcanmeasurethecarrierattitudeparametersrelativetotheinertialspaceability，itiswidelyusedinaviation

5、，aerospaceandotherfields．Sphericalspiralgroovedaerodynamicbearings(SSGBs)cansupportradialloadsandprovideaxialloadcapacity．Theyarethussuitableforuseinaerospaceandnavigationassupportingandlubricationcomponentsofinertialcomponentssuchasgyroscopes．Currently，theinvestigationforSSGBswasstilla

6、tthestageoftrialtestandpre-liminarytheorystudy．Therehadnotyetformedacompletetheoreticalanalysisanddesignsystem．Theearlyanalysesofairlubricatedbearingwereconcentratedonjournalbearingsorthrustbearings．Therearefewinvestigationstostudytheperfor—manceofaerodynamicSSGBs，althoughseveralresearc

7、herspresentedmanyanalysesontheincompressibleliquidlubricatedoraerostaticsphericalbearings．Thispaperputforwardanaerodynamicsphericalspiralgroovesbearing，whichpartlygroovedontherotorandtheouterbearingissmooth．Thebearingcanrealize”suctionalone”，donotneedexternalpressurizedairsuppl