【摘 要】
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超声波轴承是在近些年新兴起的一种基于气体挤压效应的新式轴承。它的主要原理是利用空气作为介质,由激励振子在高频振动下带动轴承振动,从而使轴承与转轴之间间隙的空气被挤
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超声波轴承是在近些年新兴起的一种基于气体挤压效应的新式轴承。它的主要原理是利用空气作为介质,由激励振子在高频振动下带动轴承振动,从而使轴承与转轴之间间隙的空气被挤压,产生挤压膜压力场来实现对转轴的支承。这种轴承不但具备一般气体轴承所有的能应用于高转速场景、无污染等优点,还具有稳定性好,整个运作过程没有摩擦等特点。国内外学者在愈来愈多地对超声波悬浮技术的研究后,推出了很多不同类型的新式的超声波轴承。本文在对气体挤压膜原理和超声波轴承结构研究后,在传统可倾瓦轴承的基础上,设计了一种带有柔性铰链的三瓣式可倾瓦径向超声波轴承,并对其悬浮能力进行了测试,在本文中,主要研究了如下的几个方面:超声波轴承是基于气体挤压膜理论的新式轴承,本文首先分析了气体动力学的基本原理,并以此建立了气体挤压膜的理论模型。再建立了其控制方程,使用有限差分法对其控制方程进行了求解。在数值解的基础上,阐明了各个不同参数之间对挤压膜承载力的影响。在数值解的基础上,得到了气体挤压膜的压力分布、承载能力、刚度及阻尼系数等静、动态参数与压电振子的尺寸半径、驱动频率、气膜初始膜厚等参数之间的相互关系。随后,在传统可倾瓦轴承构造的基础上,加上柔性铰链结构,研制了一种带有柔性铰链的三瓣式轴瓦径向超声波轴承。再以增大其承载力为目标,进行了优化设计。在理论分析的前提下,设计加工了超声波变幅杆和该新型轴承,验证了部分参数对气膜承载力的影响。理论和实验的结果表明,本文提出的超声波轴承具有一定的承载能力。在实际工作中,工作电压愈大,压电振子的振幅愈大,气膜的承载能力也就愈强。
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