超声波轴承悬浮性能及承载能力的实验研究

超声波悬浮及减摩技术是一种新型的科学技术。在超声减摩方面我们已经做了大量的研究。文章在此基础上，首次提出超声波振动悬浮轴承的概念。分析对比了普通动压润滑滑动轴承与超声波悬浮轴承；模拟简单的静载推力轴承，并对其悬浮性能和承载能力进行了初步的研究。     

气体润滑理论在超声波轴承中的应用

设计了一种超声波径向支承轴承，用动态Reynolds方程分析了轴承工作状态下挤压效应和动压润滑所产生气膜的压力，从理论上验证了轴承工作状态下存在气膜润滑。在相同的试验条件下，测定了超声波轴承和深沟球轴承的摩擦系数。两者相比，超声波轴承的摩擦系数仅为深沟球轴承的10％。     

超声振动减摩性能的实验研究及理论分析

以超声减摩的核心构件压电振子为研究对象，在测量压电振子参数的基础上通过改变压电振子的工作电压，测量压电振子振动时辐射端面与特定的工作表面间的摩擦系数的变化规律，通过有限元法计算压电振子的振动模态，分析超声振动的减摩机理，以便进行适当的结构设计，利用超声振动的减摩性能制造出超声波悬浮轴承。研究证明，超声振动具有良好的减摩性能，压电振子处于纵向振动模态时减摩效果最好。     

双向支撑超声波悬浮轴承的设计及试验

超声频域下的振动可以形成对物体的悬浮,将这种悬浮用作对轴的支撑即形成为超声波轴承。本文提出一种对轴径向和轴向同时进行悬浮支撑的双向超声波轴承,分析了这种轴承表面超声辐射压力的形成方法,设计了双向支撑轴承结构,并针对不同悬浮间隙下轴的最大转速进行了测试。结果表明轴最高转速达到了8946rpm,当转速过大时由于离心力较大将导致轴与轴承发生碰撞而无法工作,因而做好转子的动平衡对提高双向支撑超声波轴承的工作性能十分重要。     

超声波轴承减摩机制分析

设计了一种超声波径向支承轴承结构。用Helmholtz方程和Neumann边界条件计算了轴承与轴颈接触面的声压,为减少启动阶段轴承与轴颈之间的磨损提供了理论依据。用动态Reynolds方程分析了轴承工作状态下挤压效应和动压润滑所产生气膜的压力,从理论上验证了轴承工作状态下存在气膜润滑。实验测定了超声波轴承的摩擦因数,摩擦因数为深沟球轴承的10%,证实了理论分析的合理性。     

轴系超声波悬浮支撑技术研究

飞轮转速直接影响到飞轮储能系统的储能效率及工作性能,传统轴承摩擦系数大且极限转速较低,制约了飞轮储能系统的发展及应用,悬浮支撑技术为其理想解决方法。超声波悬浮支撑技术利用超声换能器高频振动能在振动表面与轴之间形成一定的悬浮间隙,有效降低摩擦系数,减小摩擦阻力矩,提高轴的转速。通过设计的实验装置,对轴系超声波悬浮支撑间隙进行测试,当悬浮间隙大于两接触表面粗糙度总和时,轴被悬浮起来,压电换能器驱动信号频率为21.34KHz,驱动电压由100V增加到220V,平均悬浮间隙从12.49μm增加到52.97μm。     

双向支撑超声波悬浮轴承的设计

设计并给出了一种对轴径向和轴向同时进行支撑的超声波轴承结构,并测试了轴的最大转速.分析了轴承表面超声辐射压力的形成以及超声波轴承的工作原理,在此基础上设计了双向支撑超声波轴承机构,测试了不同悬浮间隙下轴的最大转速.实验结果表明:在轴重85.5 g、悬浮间隙为8.53μm时,轴最高转速达到了8 946 r/min;说明双向支撑超声波轴承结构可以实现对轴的悬浮支撑,且悬浮间隙越小,轴承对轴的支撑刚度越大,轴的工作稳定性越好,转速越高.     

超声波轴承用压电换能器模态分析及实验研究

设计了超声波轴承用压电换能器,确定所采用的压电换能器的相关参数,并采用有限元法进行压电换能器的振动模态分析,确定压电换能器辐射端面与其他零件组成摩擦副时产生最佳减摩效果的振动模态,并通过实验研究加以验证.研究表明,压电换能器处于纵向振动状态时产生的减摩效果最好.实验证明,超声振动具有良好的减摩性能,同种材料形成的摩擦副,在超声振动状态下静摩擦系数比非振动状态下降低了70%.     

链传动的摩擦学设计分析

通过对链传动摩擦、磨损和润滑现象及机理,以及链传动结构和传动理论的综合分析,得出了链条磨损的主要形式及形成机理,给出设计减磨降阻链条的方法和机械结构;并应用链传动的摩擦学原理分析了链传动在各种工况下的润滑原理,给出了合理润滑方法;得出了链传动摩擦学设计的基本原理和方法。     

超声波悬浮推力轴承承载能力及减摩性能

在对超声悬浮及减摩理论进行分析和研究的基础上,提出了一种新型的轴承———超声波悬浮轴承,将超声振动用于轴颈的悬浮支承与动压润滑以构造滑动轴承。本文对压电换能器辐射端面与其上被悬浮物体之间的悬浮间隙的测量以及超声波轴承的减摩性能进行了研究,并与普通的滑动轴承和滚动轴承进行了对比。结果表明,超声振动具有悬浮能力,转速一定的条件下幅射端振动幅越大,悬浮间隙越大。超声波轴承减摩性能优于其他轴承。