多叶式波箔气体动压轴承静特性研究

随着旋转机械的不断发展,箔片动压轴承已经发展到了第四代.其中,多叶式波箔气体动压轴承以其大预紧力和耐高温涂层技术的应用而拥有广阔的发展前景.以多箔叠加弹性结构作为切入点,应用悬臂弯曲梁模型和线性弹簧模型来等效箔片结构中的顶层平箔和支承波箔,从而获得不同于前三代箔片动压轴承的气膜厚度方程.基于有限差分法耦合气膜厚度方程和...     

波箔型径向气体轴承静态特性分析

建立考虑气体可压缩性和箔片变形的波箔型轴承气膜厚度模型,采用有限差分和松驰迭代法耦合求解Reyn olds方程和气膜厚度方程,得到波箔型轴承气膜厚度和气膜压力分布,并分析波箔型动压径向气体轴承结构参数和运行参数对其静态性能的影响.结果表明:波箔型轴承数值分析结果与相关文献试验数据相符度较好,证明该模型的科学性与精确性;对比箔片轴承和传统刚性表面轴承气膜压力和气膜厚度的分布特点,表明箔片轴承具有更高的承载能力;随着偏心率、转速的增大,箔片轴承承载能力增大,偏位角减小;随着转速增大,气膜压力提高,箔片变形增大,最小气膜厚度增大.     

基于双杆-弹簧模型的波箔型气体动压轴承特性研究

应用双杆-弹簧模型计算波箔型气体动压轴承波箔的等效刚度矩阵,应用有限元法计算顶箔的挠度,通过控制气膜厚度的收敛,由Reynolds方程迭代求解出轴承的波箔挠度、顶箔挠度、气膜厚度和压力分布。通过算例,研究波箔等效刚度与相关参数的关系,研究轴承载荷与转速、环境压力以及平均气膜厚度的关系。结果表明:轴承的承载能力随轴承转速的增大而增大,且增大的速率逐渐减小;轴承承载能力随轴承内部环境压力的增大而增大;平均气膜厚度越小,轴承承载能力越大。     

新型波箔型径向气体轴承承载特性研究

基于波箔型轴承的结构特点,提出和设计平箔片与波箔片结构耦合的新型箔片轴承,包括波箔片覆盖轴承整个圆周、上半周和下半周的3种动压径向气体轴承。考虑气体的可压缩性,模拟箔片轴承的二维气膜流场,对新型箔片轴承的承载特性进行分析,并与刚性气体圆轴承的承载特性进行比较。结果表明,波箔片覆盖轴承下半周的下波箔片轴承的承载力明显优于其他轴承。通过改变下波箔片轴承波箔的波数、波宽、高度等结构参数来进一步模拟气膜流场变化。结果表明,在满足箔片结构稳定的情况下,下波箔片轴承承载力随波数及波宽的增加而增加,随波高的增大而呈现先急剧增大再缓慢减小的趋势。     

分离式波箔动压气体推力轴承压力场特性研究

分离式波箔气体轴承是新一代柔性气体轴承,其承载能力的准确预测是该类轴承性能预测和设计准则确定的基础,箔片的变形和气膜压力的求解是承载能力预测的关键。分别采用线性刚度模型和薄板弯曲模型对分离波箔片和平箔片变形进行建模。应用非线性数值求解方法对可压缩气体Reynolds方程和变形方程进行气弹耦合数值求解,获得了轴承的压力分布。结果表明分离式波箔片可以提高轴承的承载能力,而平箔片的变形会导致承载能力的降低。通过比较发现计算结果和实验数据具有较好的一致性。     

基于流固耦合的波箔动压气体轴承承载性能优化

基于有限元软件Ansys Workbench,建立波箔动压气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨不同转速和波箔片结构参数（波箔的长度比、高度以及厚度）对轴承承载性能的影响规律。结果表明：轴承气膜压力大小的分布与平箔片变形量的大小成对应关系,说明提出的流固耦合方法能很好地反映波箔动压气体轴承的润滑状态;随着转速的增大,轴承动压效应不断增强,承载力增大,且平箔片的结构变形不断增大,致使气膜压力的收敛区发生波动;随着波箔的长度比和波箔片厚度的增加,轴承承载力先快速增大后趋于稳定,而波箔片高度对承载力影响不大,表明适当增加波箔的长度比和波箔片厚度可以提高承载力。     

离心空压机波箔气体轴承设计及实验研究

针对功率26 kW、主轴径22 mm的氢燃料电池离心空压机,设计波箔动压气体轴承;在搭建的实验台上进行轴承静动态特性实验和耐久性实验,得到轴承滞回曲线和静态刚度曲线,以及空压机轴系升降速振动三维频谱图、30 000~95 000 r/min下的时域图。实验结果表明：研发的波箔动压气体轴承静态刚度与轴承位移具有非线性特性;空压机启停100 000余次后,平箔表面仅有轻微磨损,波箔高度几乎无变化,表明轴承具有良好的耐久性;转子振动以基频为主,全转速范围内主振幅为1 μm左右,无明显低频和高频振动;两级气浮轴承离心空压机实验最高工作转速可达95 000 r/min,并且表现出良好的热力性能。     

基于弹性壳体模型的波箔型动压气体径向轴承动特性分析

波箔型气体轴承的动态纲度和阻尼系数是轴颈偏心率、旋转速度及轴心涡动速度的函数,是进行转子临界转速、不平衡响应计算及稳定性分析不可或缺的基本参数。用摄动法建立波箔型气体轴承动特性系数计算分析的数学模型,应用弹性板壳模型计算波箔及平箔的变形,应用有限差分法及有限元法耦合对模型进行求解,获得波箔型气体轴承的动特性系数。将所得结果与已公布的实验数据对比,证明该模型的合理性和精确性。分析偏心率和轴颈转速对动特性系数的影响,结果表明,刚度系数随偏心率和轴颈转速的增加而递增,阻尼系数随偏心率和轴颈转速的增加而递减。     

波箔动压空气径向轴承实验台设计

现有的波箔动压空气径向轴承实验台存在最大工作转速达不到轴承实际工作转速,无法在不影响轴承正常工作的情况下对轴承施加径向载荷,无法测量轴承的阻力距等缺点.为了全面满足波箔动压空气径向轴承的实验需要,设计一种最高转速为60 000 r/min的波箔动压空气径向轴承实验台,可以在不影响轴承正常工作的情况下对轴承施加径向载荷,可以同时测量转轴转速、轴承阻力距、转轴水平和竖直方向的位移、轴承工作温度、冷却空气的压力.     

基于弹性壳体模型的波箔型气体动压径向轴承静特性分析

采用有限单元法,对波箔型气体动压径向轴承的箔片建立了弹性壳体单元模型。该模型综合考虑了箔片膜效应与弯曲效应之间的耦合,更能真实地反映出波箔和平箔的变形。运用有限差分法及Newton-Raphson迭代法耦合求解Reynolds方程和气膜厚度方程,分析了轴承气膜厚度分布、压力分布、箔片变形量分布以及承载能力,并与实验结果进行了比较,证明了该方法的可行性和精确性。分析了转速、箔片厚度对轴承特性的影响,结果表明:转速上升,承载能力增大;箔片厚度小于0.2mm时,厚度的改变对轴承的影响较大。     

动压径向波箔轴承静态承载性能研究

建立了动压气体润滑Reynolds方程和波箔弹性变形方程所组成的动压径向波箔轴承控制方程,以及相应的边界条件,应用有限差分法对此弹性流体动压润滑问题的控制方程进行了数值求解,分析了动压径向波箔轴承结构参数和运行参数对其静态承载性能的影响,为提高波箔轴承承载能力提供了结构改进的参考依据.     

箔片式动压径向气体轴承的发展

本文简要回顾了气体轴承和箔片式动压径向气体轴承的历史及国内、外目前的研究状况。详细介绍了箔片式动压径向气体轴承的起源、结构形式、应用范围和理论、实验及应用研究的发展,并提出了一种新型结构形式的弹性支承箔片动压径向气体轴承。     

波箔型动压气体径向轴承的应用与研究进展

简要综述了波箔型动压气体径向轴承的发展过程、具体结构形式和应用.详细介绍了国内、外关于波箔型动压气体径向轴承试验和理论方面研究的最新进展情况.     

整体式平箔气体动压止推轴承静特性分析

整体式平箔气体动压止推轴承具备制造工艺简单,承载能力强等优点,其由多个带有独立波箔的轴承扇区组成,但具有一个完整的环形平箔片。为了探究该新型轴承工作机制和静特性,提出相应的静特性分析模型并利用循环边界耦合条件,设置气流入口与出口处压力相等,利用数值仿真分析整体式平箔止推轴承的转速、最小气膜厚度和楔形高度对其静特性的影响,并与相同工作条件下的分离式平箔轴承进行比较。研究结果表明：整体式平箔所设计的轴承在负载情况下平箔片会由楔形-台阶转变为楔形-平端的几何形状,单瓦扇区后缘因变形向上弯曲产生二次收敛间隙,因此形成2个气膜压力峰值,且由于轴承面积较分离式平箔所设计的轴承更大,因此承载能力会更高;由于平箔台阶处存在负压区,因此整体式平箔最优楔形高度区间延后于分离式平箔出现,当楔形高度在50 μm左右时,能够达到较高承载能力并且摩擦力矩较小;当增加最小气膜厚度时,其承载能力与摩擦力矩均减小。     

径向波箔轴承测量装置的研制

本文研制出针对径向波箔轴承的测量装置,介绍了气路、试验台和传感器检测装置等组成部分.实际测量表明,这是一种研究径向波箔轴承性能的有效测量方法.     

箔片式动压止推气体轴承的发展

本文简要回顾了箔片式动压止推气体轴承的发展历史.详细介绍了箔片式动压止推气体轴承的主要类型及研究状况.     

平箔式箔片止推气体轴承静特性的理论研究

根据平箔式箔片止推轴承的结构。导出了求解箔片止推气体轴承特性的方程。利用有限元法进行了数值求解。比较了箔片止推轴承与刚性轴承的不同之处，并讨论了影响箔片止推轴承特性的因素。     

球面螺旋槽气体动压轴承静态特性分析

以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立了球面螺旋槽气体动压轴承的润滑分析数学模型,基于CFD技术,采用流体动力学Fluent软件,对球面螺旋槽气体动压轴承的三维气膜压力场进行分析,揭示不同转速下,轴承槽宽比、槽深比、螺旋角、气膜间隙对稳态轴承气膜压力以及承载能力的影响规律,并在此基础上,对轴承的结构参数进行了优化。结果表明,应用Fluent软件进行数值分析可以精确地模拟区域内气膜的复杂流场特性,并且转速越高,气体轴承内部的动压效应就越明显,因此合理地选择轴承结构参数和运行参数有助于改善润滑性能,提高轴承的稳态承载特性。     

径向波箔气体轴承实验台设计

介绍了径向波箔气体轴承实验台的组成和搭建。采用两个相互正交的电涡流传感器测量转子的振动信号,通过FFT进行频谱分析并选频合成转子轴心轨迹;采用拉力传感器测量启动过程的摩擦力;采用热电偶测量润滑气体的温度场分布。结果表明,该实验台转轴最大径向位移小于5μm,可应用于径向波箔气体轴承的实验;电阻应变片式拉力传感器和铜-康铜热电偶均能满足测量要求。