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旋杯雾化器气浮轴承结构优化及动态特性分析
| 论文题名： | 旋杯雾化器气浮轴承结构优化及动态特性分析 |
| 关键词： | 汽车雾化器;气动涡轮;静压气浮轴承;转子系统;动态特性 |
| 摘要： | 随着我国经济的快速发展，对于汽车的需求不断增加，消费者对于汽车的要求也越来越高，汽车不仅要具备良好的驾驶性能，车身外观也要求具有更好的品质。要获得高质量的车身，就需要具有更高性能的涂装设备。在进行车身涂装时，旋杯静电雾化器喷涂是最为常用的涂装方式，凭借其性能稳定、节能环保、涂覆均匀、对人体伤害小等优点，被广泛的应用于自动化喷涂技术中。大多数的旋杯静电雾化器采用的是气动涡轮来进行驱动的，该涡轮的核心部件为静压气浮轴承，其具有回转精度高、稳定性好、清洁环保等优点。决定雾化器喷涂质量的关键因素是涡轮的转速，转速越高则喷涂的涂膜厚度越薄、覆盖的越均匀，而目前国内所使用的雾化器转速通常为30000~45000rpm，如果采用更高的转速，雾化器会出现振动较大、噪音剧烈和运行不平稳的状况，无法保证喷涂的质量。针对以上问题，本文从对气动涡轮的稳定性产生直接影响的静压气浮轴承出发，创新优化了一组新的静压气浮轴承-转子系统，并通过对其进行动态特性分析和振动实验后，证明了优化方案是可行的，优化后的旋杯雾化器可在转速为60000rpm下平稳运行，且该方案已被用于实际产品中。主要研究内容由以下几个方面构成： 1.通过气体润滑理论，对N-S方程、状态方程、连续性方程及一般形式的雷诺方程进行推导，建立了静压气浮轴承的压力气膜数学计算模型，并以此模型进行有限元分析，计算轴承的承载力和刚度。 2.利用三维建模软件UG对压力气膜的三维流域建立模型，采用ANSYSWorkbench中的FLUENT流体有限元分析软件对静压气浮轴承进行了分析，分别研究了静压气浮径向轴承和止推轴承的静态特性，并探究了不同结构参数对于轴承承载力和刚度的影响，从中选择了最优的轴承结构参数。 3.根据气体润滑理论，进行了动压效应的理论推导，并利用FLUENT软件分析研究了动压效应对于静压气浮径向轴承承载力和刚度的影响，验证了在动压效应下优化后的轴承承载力与刚度是否符合设计要求。 4.对优化后的气动涡轮轴承-转子系统建立三维模型，并对其进行模态分析和谐响应分析，得到了系统的低阶固有频率和振型，并根据固有频率计算其临界转速；后通过对轴承-转子系统施加一个外载荷进行谐响应分析，研究了其在不同频率的外载荷下轴承安装位置的振动速度响应变化。对优化后的雾化器进行实验测试，通过研究不同转速下的振动速度是否在合理范围内，验证了优化方案的合理性。 |
| 作者： | 张开鑫 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 尹洋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西华大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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