高速微氣體動(dòng)壓軸承動(dòng)力特性和穩(wěn)態(tài)性能研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的迅速發(fā)展，軸承作為其微高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的支撐部件也在不斷改進(jìn)。氣體潤滑軸承因結(jié)構(gòu)緊湊、能夠在低溫和高溫下運(yùn)行等而頗具優(yōu)勢(shì)，其性能很大程度上決定了微機(jī)電系統(tǒng)能否穩(wěn)定、安全和有效運(yùn)行。本文利用數(shù)值模擬方法對(duì)高速微氣體動(dòng)壓軸承的動(dòng)力特性進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析了氣膜在楔形微通道內(nèi)的流動(dòng)特性、徑向軸承的靜態(tài)特性以及壓力與變形間的關(guān)系，為氣體軸承的合理設(shè)計(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行了提供了基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴結(jié)合Navier

2、-Stokes方程和Maxwell邊界滑移修正分析研究了楔形微通道內(nèi)的氣膜動(dòng)力特性，發(fā)現(xiàn)回流現(xiàn)象在不同因素下與氣膜承載力間的變化規(guī)律。傾斜角增加，氣體回流使氣膜承載力減小。然而，楔形間隙增加造成的承載力減小與回流無關(guān)。提高通道內(nèi)氣體溫度，滑移現(xiàn)象更明顯，回流現(xiàn)象減弱，且減弱到一定程度承載力降低。氣體粘度越大，回流將在更大通道傾斜角越下發(fā)生。⑵基于薄膜流動(dòng)的修正Reynolds方程對(duì)360°剛性徑向軸承靜態(tài)性能進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)偏心率或

3、轉(zhuǎn)速增加均使軸承承載力和穩(wěn)定性增強(qiáng)。尤其是較大偏心率和較小轉(zhuǎn)速時(shí)變化更劇烈。另外，大偏心率時(shí)，加長軸承能夠有效提高承載能力和穩(wěn)定性。⑶基于結(jié)構(gòu)和流體的耦合，分析研究了箔片軸承和推力軸承變形和壓力間的關(guān)系。與剛性徑向軸承不同，壓力的增加會(huì)導(dǎo)致箔片軸承中箔片的變形而使圓周方向的壓力分布出呈現(xiàn)鋸齒狀，從而使載荷下降。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)頂箔和拱箔變形程度與載荷變化間的關(guān)系。對(duì)于推力軸承，襯墊中的高壓區(qū)主要集中于最小氣膜附近。但隨著襯墊傾斜角度和間隙高度