【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究，具體涉及一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)及其動(dòng)態(tài)性能仿真分析方法。
技術(shù)介紹
1、眾所周知，對(duì)動(dòng)壓箔片氣體軸承的仿真計(jì)算已形成較為系統(tǒng)的理論體系，多采用數(shù)值編程計(jì)算方法，為獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，會(huì)采用流固耦合方法。該過程一般分為三個(gè)步驟：①、分別搭建軸和箔片理論模型，使用變形理論計(jì)算加載狀態(tài)下的箔片變形，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算進(jìn)而得到各處氣膜厚度；②、建立氣膜厚度方程，并使用雷諾方程進(jìn)行耦合求解，得到氣膜中的壓力分布；③、重復(fù)①、②過程耦合迭代，得到軸承的氣膜壓力分布，通過數(shù)據(jù)處理分析軸承靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。
2、相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)值計(jì)算方法的不足之處在于：極坐標(biāo)下對(duì)徑向軸承的二維數(shù)值計(jì)算假設(shè)氣膜壓力和箔片變形沿軸向分布均勻，未考慮端部氣體泄漏對(duì)軸承承載能力的影響，在數(shù)值計(jì)算時(shí)，基于氣體運(yùn)動(dòng)方程、氣體質(zhì)量流量連續(xù)性方程和氣體狀態(tài)方程等建立的氣體潤滑方程，忽略了一些微小因素的影響，但對(duì)這些微小因素的影響忽略在一定程度上會(huì)使得數(shù)值計(jì)算的結(jié)果存在一定誤差，且數(shù)值建模和求解過程較繁瑣，需要具備相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算及編程能力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)上存在的問題，提供一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能仿真分析方法，與數(shù)值計(jì)算方法相比，本方案采用流體域和固體域分離求解再雙向耦合的方法，充分考慮了固體結(jié)構(gòu)變形的影響，降低了對(duì)設(shè)計(jì)人員的數(shù)學(xué)計(jì)算和編程能力要求。
2、本專利技術(shù)的目的之一是提供一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，包括殼體和設(shè)置在殼體
3、作為優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)子的兩端分別通過第一動(dòng)壓徑向箔片軸承和第二動(dòng)壓徑向箔片軸承支撐在殼體內(nèi)，第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承位于止推盤的同一側(cè)，且第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承分別安裝在靠近轉(zhuǎn)子兩端的第一軸承座內(nèi)，所述第一軸承座與殼體固定相連。
4、作為優(yōu)選方案，所述端蓋與殼體的連接端部形成有間隙，所述間隙內(nèi)用于容納軸向止推軸承和止推盤，所述止推盤的第一端面?zhèn)仍O(shè)置有第一動(dòng)壓止推軸承，所述第一動(dòng)壓止推軸承與端蓋固定連接，所述止推盤的第二端面?zhèn)仍O(shè)置有第二動(dòng)壓止推軸承，所述第二動(dòng)壓止推軸承與殼體固定連接。
5、作為優(yōu)選方案，所述殼體包括上殼體和下殼體，其中上殼體和下殼體對(duì)接形成用于轉(zhuǎn)子安裝的腔體，上殼體和下殼體的同一端固定在端蓋上。
6、作為優(yōu)選方案，所述第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承均包括軸承基座，所述軸承基座具有安裝箔片組件的腔體ⅱ，所述腔體ⅱ的內(nèi)壁上沿軸向設(shè)置有用于安裝箔片組件的插槽；所述箔片組件包括位于外圈的波箔組件和位于內(nèi)圈的平箔組件。
7、作為優(yōu)選方案，所述平箔組件由弧形平箔片圍成用于安裝轉(zhuǎn)子的圓筒腔，所述波箔組件由弧形波箔片圍成，所述弧形波箔片覆設(shè)在平箔組件的外壁上，所述弧形波箔片上設(shè)置有與所述插槽配合的卡板ⅰ，所述弧形平箔片上設(shè)置有與所述插槽配合的卡板ⅱ；弧形平箔片位于兩相連弧形波箔片的卡板ⅰ之間的外弧面上，所述卡板ⅰ和卡板ⅱ均對(duì)應(yīng)插接在所述插槽內(nèi)。
8、作為優(yōu)選方案，所述第一動(dòng)壓止推軸承、第二動(dòng)壓止推軸承均包括底部支座、中間波箔片和頂部平箔片，所述底部支座、中間波箔片和頂部平箔片同軸設(shè)置且依次相連。
9、作為優(yōu)選方案，所述底部支座的端面上分布設(shè)置有卡盤，所述中間波箔片包括外環(huán)ⅰ和內(nèi)環(huán)ⅰ，所述外環(huán)ⅰ和內(nèi)環(huán)ⅰ之間通過支撐片ⅰ分隔為多個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)所述扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有若干沿徑向分布的波箔片，所述波箔片一端與支撐片相連，另一端為自由端，所述頂部平箔片包括外環(huán)ⅱ和內(nèi)環(huán)ⅱ，所述外環(huán)ⅱ和內(nèi)環(huán)ⅱ通過支撐片ⅱ分隔為多個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)所述扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有平箔片，所述平箔片的一側(cè)與支撐片ⅱ相連，另一側(cè)為自由端，所述平箔片與波箔片正對(duì)應(yīng)設(shè)置。
10、本專利技術(shù)的目的之二是提供一種的氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的仿真分析方法，包括如下步驟：
11、步驟一、基于solidworks建立動(dòng)壓徑向箔片軸承的氣膜模型，將建立好的氣膜模型導(dǎo)入到gambit平臺(tái)中，對(duì)流體區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
12、步驟二、在ansys?workbench平臺(tái)下，組合流程仿真模塊；
13、步驟三、將網(wǎng)格劃分好的氣膜模型導(dǎo)入到前處理軟件icem?cfd中；
14、步驟四、在流體求解器fluent中對(duì)流體的屬性、邊界條件和動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；
15、步驟五、在固體求解器transient?structural中首先設(shè)置氣體軸承材料屬性，其次對(duì)平箔和波箔結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后設(shè)定邊界條件和求解器參數(shù)；
16、步驟六、在system?coupling模塊中，在其設(shè)置中設(shè)置仿真時(shí)間、步長和步數(shù)，將流體求解器中的wall-out面和固體求解器中的fluid?solid?interface面進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)流體求解器和固體求解器間耦合數(shù)據(jù)的傳遞；
17、步驟七、進(jìn)行氣體軸承承載力求解計(jì)算；
18、步驟八、根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，判斷是否達(dá)到設(shè)置的殘差收斂值，如果未達(dá)到，分別調(diào)整流體、固體和系統(tǒng)耦合的求解設(shè)置參數(shù)，直到達(dá)到設(shè)置的殘差收斂值；最后輸出氣浮軸承承載力和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)；
19、步驟九、整理氣體軸承的承載力及動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，繪制承載力及動(dòng)態(tài)特性參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)圖；
20、步驟十、將仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算兩者之間的誤差值。
21、作為優(yōu)選方案，所述步驟四各邊界條件的設(shè)定如下：
22、(41)、設(shè)置顯示比例和尺寸，開啟能量方程；
23、(42)、在材料一欄中將流體設(shè)置為理想氣體，然后在模型粘性選項(xiàng)卡中將參數(shù)設(shè)置為k-epsilon、realizable，壁面函數(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)且具有可壓縮效應(yīng)；
24、(43)、在邊界條件一欄中，將inlet和outlet的工作條件工作壓力設(shè)置為0，表壓設(shè)置為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，將wallin設(shè)置為旋轉(zhuǎn)壁面，并設(shè)置轉(zhuǎn)子偏心距，通過轉(zhuǎn)子運(yùn)行參數(shù)設(shè)置其轉(zhuǎn)速；
25、(44)、對(duì)分區(qū)畫網(wǎng)格的模型，在網(wǎng)格交界面一欄中將區(qū)域交界面進(jìn)行interface連接；
26、(45)、在動(dòng)網(wǎng)格一欄中，網(wǎng)格方法選用層鋪和網(wǎng)格重構(gòu)的方法，動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域?qū)nlet和outlet設(shè)置為deform變形面，wallout設(shè)置為system?coupling系統(tǒng)耦合面；
27、(46)、在動(dòng)網(wǎng)格一欄中開啟6dof模塊，在fluent用戶自定義一欄中將編譯好的udf宏程序?qū)雈luent中，該宏命令能夠限制空間運(yùn)動(dòng)的六個(gè)自由度并捕獲每個(gè)時(shí)間步長中軸頸的運(yùn)動(dòng)路徑、分速度數(shù)據(jù)以及氣膜的分力變化；最終，根本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子通過動(dòng)壓徑向箔片軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在殼體內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子的兩端分別由端蓋和殼體向外伸出，所述轉(zhuǎn)子的至少一端端部連接有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述動(dòng)壓徑向軸承用于為轉(zhuǎn)子提供徑向承載力，所述轉(zhuǎn)子上固定設(shè)置有止推盤，所述止推盤的兩側(cè)分別設(shè)置有動(dòng)壓軸向止推軸承，所述動(dòng)壓軸向止推軸承用于為轉(zhuǎn)子提供軸向承載力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子的兩端分別通過第一動(dòng)壓徑向箔片軸承和第二動(dòng)壓徑向箔片軸承支撐在殼體內(nèi)，第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承位于止推盤的同一側(cè)，且第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承分別安裝在靠近轉(zhuǎn)子兩端的第一軸承座內(nèi)，所述第一軸承座與殼體固定相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述端蓋與殼體的連接端部形成有間隙，所述間隙內(nèi)用于容納動(dòng)壓軸向止推軸承和止推盤，所述止推盤的第一端面?zhèn)仍O(shè)置有第一動(dòng)壓止推軸承，所述第一動(dòng)壓止推軸承與端蓋固定連接，所述止推盤的第二端面?zhèn)仍O(shè)置有第二動(dòng)壓止推軸承，所述第二動(dòng)壓止推軸承與殼體固定連接
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述殼體包括上殼體和下殼體，其中上殼體和下殼體對(duì)接形成用于轉(zhuǎn)子安裝的腔體Ⅰ，上殼體和下殼體的同一端固定在端蓋上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承均包括軸承基座，所述軸承基座具有安裝箔片組件的腔體Ⅱ，所述腔體Ⅱ的內(nèi)壁上沿軸向設(shè)置有用于安裝箔片組件的插槽；所述箔片組件包括位于外圈的波箔組件和位于內(nèi)圈的平箔組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述平箔組件由弧形平箔片圍成用于安裝轉(zhuǎn)子的圓筒腔，所述波箔組件由弧形波箔片圍成，所述弧形波箔片覆設(shè)在平箔組件的外壁上，所述弧形波箔片上設(shè)置有與所述插槽配合的卡板Ⅰ，所述弧形平箔片上設(shè)置有與所述插槽配合的卡板Ⅱ；弧形平箔片位于兩相連弧形波箔片的卡板Ⅰ之間的外弧面上，所述卡板Ⅰ和卡板Ⅱ均對(duì)應(yīng)插接在所述插槽內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述第一動(dòng)壓止推軸承、第二動(dòng)壓止推軸承均包括底部支座、中間波箔片和頂部平箔片，所述底部支座、中間波箔片和頂部平箔片同軸設(shè)置且依次相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述底部支座的端面上分布設(shè)置有卡盤，所述中間波箔片包括外環(huán)Ⅰ和內(nèi)環(huán)Ⅰ，所述外環(huán)Ⅰ和內(nèi)環(huán)Ⅰ之間通過支撐片Ⅰ分隔為多個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)所述扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有若干沿徑向分布的波箔片，所述波箔片一端與支撐片相連，另一端為自由端，所述頂部平箔片包括外環(huán)Ⅱ和內(nèi)環(huán)Ⅱ，所述外環(huán)Ⅱ和內(nèi)環(huán)Ⅱ通過支撐片Ⅱ分隔為多個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)所述扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置有平箔片，所述平箔片的一側(cè)與支撐片Ⅱ相連，另一側(cè)為自由端，所述平箔片與波箔片正對(duì)應(yīng)設(shè)置。
9.一種的氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的仿真分析方法，其特征在于：包括如下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9的氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的仿真分析方法，其特征在于：所述步驟四各邊界條件的設(shè)定如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子通過動(dòng)壓徑向箔片軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)式支撐在殼體內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子的兩端分別由端蓋和殼體向外伸出，所述轉(zhuǎn)子的至少一端端部連接有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述動(dòng)壓徑向軸承用于為轉(zhuǎn)子提供徑向承載力，所述轉(zhuǎn)子上固定設(shè)置有止推盤，所述止推盤的兩側(cè)分別設(shè)置有動(dòng)壓軸向止推軸承，所述動(dòng)壓軸向止推軸承用于為轉(zhuǎn)子提供軸向承載力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子的兩端分別通過第一動(dòng)壓徑向箔片軸承和第二動(dòng)壓徑向箔片軸承支撐在殼體內(nèi)，第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承位于止推盤的同一側(cè)，且第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承分別安裝在靠近轉(zhuǎn)子兩端的第一軸承座內(nèi)，所述第一軸承座與殼體固定相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述端蓋與殼體的連接端部形成有間隙，所述間隙內(nèi)用于容納動(dòng)壓軸向止推軸承和止推盤，所述止推盤的第一端面?zhèn)仍O(shè)置有第一動(dòng)壓止推軸承，所述第一動(dòng)壓止推軸承與端蓋固定連接，所述止推盤的第二端面?zhèn)仍O(shè)置有第二動(dòng)壓止推軸承，所述第二動(dòng)壓止推軸承與殼體固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述殼體包括上殼體和下殼體，其中上殼體和下殼體對(duì)接形成用于轉(zhuǎn)子安裝的腔體ⅰ，上殼體和下殼體的同一端固定在端蓋上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于：所述第一動(dòng)壓徑向箔片軸承、第二動(dòng)壓徑向箔片軸承均包括軸承基座，所述軸承基座具有安裝箔片組件的腔體ⅱ，所述腔體ⅱ...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈晨輝，申旭，路艷輝，賈碩，符瑞濤，陳立海，馬振宇，楊魯強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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