静压气体球轴承动态特性的实验研究

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型。计算结果表明,轴承气膜频响函数的幅相频率特性随轴承工作点和摄动频率的变化而变化,表明气膜系统是一个强非线性系统。介绍了动特性实验装置的工作原理及系统固有模态对测试结果的影响。测试结果表明,在22~400 Hz的频段内,当气膜高度不大于70μm时,采用作者提出的静压气体球轴承频响函数计算方法,可以准确地计算出气膜位移-动态力频响函数的幅频特性。实验装置尚不具备相频特性的测试条件,有待于将来的进一步改进。     

气体球轴承气膜频响函数幅频特性测试装置的研制

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型;介绍了频响函数幅频特性测量装置的结构设计、软硬件组成、工作原理以及系统的固有模态对测试结果的影响;指出新颖的激振器平衡式浮动悬挂安装方式能够满足系统的测试要求,对气膜这样的强非线性系统,激振方式必须采用阶梯正弦激振。     

基于数值模拟的小孔节流空气静压轴承静动态特性研究

为了提高小孔节流空气静压轴承的静动态性能,基于流体力学和固体力学的基本控制方程,建立小孔节流空气静压轴承双向流固耦合数值模拟模型;采用静态数值模拟方法获取了设计参数对承载力和刚度的影响规律,进一步对微气膜间隙内三维流场特性进行了分析,有效降低了微气膜间隙内气体冗余现象对空气静压轴承动态稳定性的影响,并在数值计算的基础上对空气静压轴承结构和工作参数进行优化设计;在气体静压试验平台上对自行研制的空气静压轴承进行静动态特性测试。试验结果表明:所提出的数值模拟方法具有很好的预测效果;所采用的优化设计方法能够显著提升空气静压主轴的静动态特性。     

气体轴承特性模拟及实验验证

针对某30 kW微型燃气轮机用静压气体轴承,开展轴承刚度、承载力及轴系临界转速特征的数值与实验研究。通过离散化可压缩雷诺方程,采用数值迭代方法,获取轴承内气膜压力分布和气膜刚度特性;采用有限元方法,研究转子-轴承系统的模态特性与临界转速;在气体轴承支撑的微型燃气轮机试验台上,采用时域振动信号和不平衡响应曲线等振动测试分析方法,获取轴系的气膜临界转速特性。研究结果表明:研究的该静压气体轴承,其转速在30 000 r/min内动压效应相对于静压效应可以忽略;轴承气膜刚度随着偏心率增大而增大,但当偏心率超过0. 8时,由于出现"静态不稳定区域"导致气膜刚度下降。数值模拟和实验都证实了转子在6 000 r/min和9 000 r/min附近出现了由气膜刚度引起的锥动临界特征。     

静压径向气体轴承静态特性数值分析

对静压径向气体轴承的静态特性进行了详细的理论研究,采用二阶有限差分方法数值求解无量纲雷诺方程,编制Matlab迭代程序计算轴承的气膜压力分布。仿真分析了各种轴承结构参数和工作参数下静压气体轴承的承载、刚度和质量流量等静态性能的变化规律。仿真结果表明轴颈的转速对静压气体轴承的承载、刚度和质量流量等静态特性施加着重要影响,在分析轴承性能时必须考虑轴颈的旋转效应。当轴颈的转速不断增大时,轴承的气膜压力、承载能力和稳态刚度等静态性能能够得到显著提升。     

具有鸟翼轮廓仿生槽的动静压气体轴承静态特性分析

基于仿生学原理和几何重构法,在动静压气体轴承上设计具有鸟翼轮廓仿生槽,以提高其承载能力及刚度。运用变分法求解雷诺方程并使用FLUENT软件,对鸟翼轮廓仿生槽动静压气体轴承进行静态特性仿真分析,研究轴颈转速、供气压力、偏心率、槽深以及槽偏角对轴承静态特性的影响。结果表明：在偏心率相同时,随着轴颈转速的增加,轴承承载能力和刚度随之增大,随着供气压力的增加,轴承承载能力逐渐增加、刚度逐渐减小;当气膜厚度一定时,随着槽深的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势,随着槽偏角的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势。     

复合节流式静压气体轴承静态特性分析

为进一步提升静压气体轴承的静态性能,以普通孔式节流为基础,配合表面周向和径向槽节流,提出复合节流式静压气体轴承,以充分发挥2种节流方式的优点,使静压气体轴承具有更好的承载能力和刚度。利用Fluent计算轴承内流场参数并分析流场特性,比较复合节流式与普通孔式节流静压气体轴承的承载能力和刚度,并研究孔式参数和表面槽参数对复合节流式静压气体轴承静态特性的影响。结果表明：在一定气膜厚度范围内,复合节流式静压气体轴承对于提升承载力、增强刚度有着显著的效果;复合式节流因为有表面槽二次节流的存在,均压效果更好。增加节流孔数、节流孔直径、节流孔分布圆半径,以及在气膜厚度较小时增加表面槽长、槽宽、槽深,均有利于增加轴承承载力;在气膜厚度较小时,增加节流孔数、减小节流孔直径,以及增加表面槽长和槽宽、降低槽深,均有利于增加轴承刚度。     

湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

以动静压气体径向滑动轴承为研究对象，考虑湍流润滑，基于有限差分方法求解引入湍流因子改良的可压缩雷诺润滑方程，计算湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的压力分布，获得轴承承载力、静态刚度、交叉刚度、主刚度、交叉阻尼和主阻尼等表征动静压轴承静动态特性的基本参数，并分析偏心率、槽深、槽数、长径比等结构参数及轴颈转速和供气压力等工况对轴承静动态性能的影响规律。结果表明：连续性狭缝湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的静态特性优于非连续性狭缝；轴承承载力随着偏心率、长期径比的增大而增大，随着槽区长度、槽深的增大而减小，槽数对承载力影响不大；轴承静态刚度随着偏心率的增大先增大后减小，随着长径比、槽深、槽数的增大而增大，随着槽区长度的增大而减小；较大的转速和供气压力有助于提升轴承的承载力和静态刚度；随着偏心率的增大，交叉刚度逐渐增大，主刚度先增大而减小，而交叉阻尼和主阻尼均增大。     

基于CFD的球面动静压气体轴承稳态性能及动态特性分析

基于CFD建立球面螺旋槽动静压气体轴承气膜的有限元模型,数值计算气膜网格点上的压力分布,模拟气膜瞬态流场中复杂的气体流动,得到气膜的压力分布、承载力以及动态特性系数。结果表明:增加供气压力可以有效地增强静压效应,减小气膜厚度和增加转速有助于增强动压效应,动静压效应耦合可以提高轴承承载性能,偏心率为0.4～0.5,平均气膜厚度为8～12μm,供气压力为0.5～0.6 MPa时,产生的动静压耦合效应明显,从而可增加气膜的承载性能和轴承高速运行的稳定性;轴承刚度系数随着气膜厚度的增大呈先增加后减小的趋势,随着偏心率的增加而增加;轴承阻尼系数随着气膜厚度和偏心率的增加变化较为复杂,但整体上呈增大的趋势,因此,合理地选取气膜厚度和偏心率能够提高轴承承载性能,改善其动态特性,提高球面动静压气体轴承运行稳定性。     

非均匀供气静压气体径向轴承的静特性分析

非均匀供气可以实现静压气体轴承的刚度调节,增强轴承的承载能力。为了探究非均匀供气条件对静压气体轴承内压力分布和静态特性的影响,以双排供气径向气体轴承为研究对象,采用数值计算对不同供气方式（变压供气孔位置、区域范围）和供气压力下轴承的静态特性进行了研究。数值计算结果表明：变压供气孔的位置对轴承的静特性有较大影响;当在主要承载区内增大供气压力时,可显著增强轴承的动静压效应;增加压力可变的区域范围有助于提升轴承承载力,但耗气量也相应有所增加;增加承载侧供气压力和减小非承载侧供气压力都可以有效提升轴承承载力,后者还可以减小气体总流量;承载侧与非承载侧的供气压差越大,越有利于轴承承载力的提升。     

电磁轴承系统的位移刚度和电流刚度特性研究

以实际应用的电磁径向轴承和推力轴承为研究对象,从理论上详细分析差动激磁方式作用下的位移刚度和电流刚度的特性,探讨位移刚度和电流刚度对系统性能的影响.研究表明,在工程误差允许范围内,位移刚度和电流刚度可视为定值,即此时电磁力方程在应用上存在较大的线性区间,因此简化的线性化模型完全可满足控制器设计的需要,且线性区间随着控制精度提高而减小.研究结果为深入了解电磁轴承系统在可能工作范围内的全部性能以及控制器设计提供依据.     

粗糙平面接触刚度的研究

从材料表面微观特征的分析着手，采用弹性接触理论和概率分析方法，对两个粗糙平面间的接触刚度问题进行了研究，提出了一种表面接触刚度的理论计算方法，给出了相应算例，计算结果表明，本文提出的方法是有效的。     

提高直接驱动电动机系统刚度的机电一体化设计

直接驱动电动机具有结构简单、控制性能高的特点 ,但扰动转矩直接影响其控制性能 ,较高的伺服刚度是减小转矩扰动对控制精度影响的有效手段。然而 ,过高的刚度会使被控直接驱动电动机系统不稳定 ,甚至产生振荡。设计一种电流变可调阻尼器 ,直接附加在电动机的转轴上 ,通过外加电压可以调节电流变阻尼器的阻尼系数 ,从而可以提高系统的刚度而又不会引起系统的振荡。推导了电流变可调阻尼器的阻尼系数模型 ,并通过位置式PD控制直接驱动电动机系统的数值仿真 ,验证了上述基于电流变可调阻尼器的直接驱动电动机系统刚度提高设计方法的有效性。     

有源静电轴承的动刚度特性研究

针对补偿负刚度后的静电轴承一转子系统模型,讨论了PID控制参数与动刚度特性的关系,为根据刚度指标确定控制参数提供了理论依据。对三自由度静电球轴承的动刚度分析与实验结果表明,系统在低频与高频段具有较高的支承刚度,而中频刚度较低,刚度幅频特性曲线呈“浴盆”状。在系统通频带内,动态刚度主要由控制器参数决定,而高频刚度主要取决于转子的惯性项。在系统稳定区域,改变控制器参数可以灵活设定系统的动刚度特性。     

结构刚度可靠性分析方法

提出了结构刚度可靠性的分析方法，引入了刚度可靠性分析中相对重要度的概念，建立了以相对重要度来确定主要变量的准则，同时对极限状态方程的形式以及确定极限状态方程的插值点的选择进行了研究，形成了一般工程设计情况下和特殊情况下结构刚度可靠性分析的通用方法，并且这种方法可以推广到结构强度的可靠性分析中。     

电动轿车车身结构扭转刚度分析

车身刚度是较强度要求更严格的设计指标，尤其是车身扭转刚度指标，它是车身抵抗较恶劣的扭转工况载荷的关键保证指标。文中在对某进口微型电动轿车车身骨架进行有限元分析模型研究的基础上，深入分析其车身结构的扭转刚度，通过其试验分析验证仿真分析模型，并进一步分析该车基础结构的刚度。     

裂纹开始扩展的过载行为

对含裂纹试件,裂纹扩展的理论临界载荷与实验测量的失败载荷有着显著的不同。实验测量数据将大于定义的临界载荷。因为亚稳 态过程失稳载荷是不可演绎的,而仅仅在试件失稳发生后才可能锋知。测试的失效载荷数据分含斜裂纹试件的单向拉伸问题中,将对这种过载行为定量研究。在载荷秤面,随着裂纹角的变化,试件的刚度将相应变化,而过载值随着等效刚度的增加而增加。     

用遗传算法识别转子-轴承系统中的支承刚度

提出用基因算法识别转子—轴承系统有限元模型中支承刚度的新方法，给出基因算法识别支承刚度的步骤，并通过算例讨论人口数与突变概率对收敛速度与计算时间的影响。研究结果表明，这种方法是基于自然界优胜劣汰规律的随机迭代搜索，不仅可以避免优化过程对待识别参数初值的依赖，而且可以有效地解决优化迭代过程不能用解析式表示的复杂问题。     

ANALYSIS OF COUPLING INFLUENCES OF LABYRINTH SEAL PARAMETERS ON CROSS COUPLED STIFFNESS AND DIRECT DAMPING COEFFICIENT

A~ndal area Of cODtIDI volume (Inlnz )b~Breadth Of tOP of teeth(rnm)C, c--Damping (N' slm)e--Eccentricity~force(N)fi,fz--Coefficient of inchon factorC, X, Y--Constantsh~Height of teeth (mzn)K, k--S~s (N/m)L~ length Of seal cavihes (mxn)Li~Pitch (nun).m--~ mass flow (kg' m- 1' s- I )Nc--N~ Of seal cavihesnl --Circular speed Of ~ (r/ndn)nZ--ROtor speed (rlndn)p~Dess~ (Pa)p,--Dessme ~nce (Pa)R~Gas constant (J' kg~ l' K~ I )R,~ndus Of contIDI VOlume 1 (nun)RZ~ndus Of contIDI…     

带间隙的双线滞回系统的非线性振动

分析了惯性振动圆锥破碎机的非线性动力响应问题。考虑到物料的滞回作用,将系统简化为具有间隙的双线性滞回单自由度力学模型。利用渐近法计算出系统的等效阻尼和等效刚度系数。进而利用Poincare截面、分叉图以及李氏指数等非线性动力学分析方法,研究了该模型的非线性动力响应。通过对模型的动力学分析,研究了含有滞回恢复力这种耗能比较大的非线性振动系统的周期、倍周期以及混沌振动及其出现特点。计算结果表明,在特定的参数范围内系统出现无序的混沌运动。