高速动压气体轴承箔片材料表面处理的探讨

针对高速透平机械动压气体轴承——箔片式气体轴承金属箔片材料的表面处理问题进行了一定的探讨。对箔片式气体轴承箔片材料的选择、材料的表面处理方法以及该轴承的启停性能和稳定性进行了实验研究。分析表明：通过对箔片材料及表面处理方法的合理选择，可以显著改善箔片式动压气体轴承的启停性能。     

弹性支承箔片动压气体径向轴承的实验研究

对新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承进行试验研究,在高速透平膨胀机(主轴轴径D=25.0mm、转子总长l=250.5mm、转子质量Gm=891g、额定工作转速10.64×104r/min)上达到了转子转速14.8×104r/min、超速40%的良好试验效果。对这种弹性支承箔片动压气体径向轴承的振动特性和稳定性进行试验研究。结果表明,该轴承具有优良的动态特性与稳定性,能有效抑制高速自激涡动的发展,在正确选择结构参数和表面处理方法后,有望替代目前在高速透平机械中广泛应用的静压气体轴承。     

箔片动压轴承的研制及在机载环控涡轮的应用

针对某型吊舱环控涡轮油润滑轴承存在的油污染、可靠性低等问题,基于吊舱涡轮的实际使用条件研制一种机载涡轮动压箔片轴承,并进行箔片动压轴承机载环控涡轮的性能试验、功能振动试验、高低温贮存试验、启停可靠性等试验验证。试验结果表明:采用动压气体箔片轴承的高速环控涡轮制冷性能、起浮压力、起浮转速均满足使用要求,功能振动试验、-55和70℃高低温启动试验优于指标要求,百次启停和超速运转后涂层无脱落,启停次数可达10 000次以上。     

大承载波箔型空气动压轴承性能的工程实验研究

通过工程实验的方法,研究大承载波箔型空气动压轴承的性能。通过构建倒置式的动压轴承实验系统,对设计的用于132 kW风机的动压轴承进行起飞特性、承载能力、涂层效果、轴承间隙、启停寿命等工程实验研究。提出一种采用动力学方法来确定空气动压轴承起飞转速的方法,使起飞转速的判断更准确。对实际制造的轴承的工程实验表明,该轴承能在5 000 r/min左右起飞,承载能力大于154 N;涂层的减磨耐磨效果良好,能满足10 000次的启停要求;轴承的实际使用性能在间隙在0.3 mm左右时最佳。     

弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究

气弹耦合解是准确预测弹性箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。通过引入箔片的弹性变形以及联立求解动压气体润滑Reynolds方程和弹性箔片的变形方程,给出了弹性箔片动压气体推力轴承的气弹耦合解。应用气弹耦合解理论,将顶层箔片的局部弹性变形纳入考虑范围,对弹性箔片动压气体推力轴承的承载性能进行了计算和分析。有限元数值仿真结果表明:顶层箔片在气膜压力作用下的局部弹性变形直接导致弹性箔片动压气体推力轴承承载能力的降低;根据轴承瓦块上气膜压力分布的特点合理设计支承拱箔的结构形式,可以减小顶层箔片的局部弹性变形,有效提高轴承的承载能力。得到了一种承载能力较高的弹性箔片动压气体推力轴承支承拱箔结构设计方案。     

弹性箔片动压径向气体轴承起飞转速和承载能力的实验研究

在建立的气体轴承性能测试实验台上对新型弹性箔片气体动压径向轴承进行了起飞转速和承载能力的实验研究,并分别通过摩擦力矩和径向位移响应频谱两种方法分析了轴承的起飞转速。结果表明:轴承起飞后摩擦力矩逐渐减小并趋于稳定,且径向位移响应频谱图上只有较大的低倍频分量出现,高倍频分量和其它频率分量要小得多;两种分析方法得到的轴承起飞转速基本吻合;载荷越大,轴承和转子中心的偏心距越大;由于箔片弹性变形使卸载过程存在能量损失,同样载荷下卸载时的偏心距比加载时大。     

新型弹性箔片动压气体止推轴承启停性能的研究

在多功能气体轴承试验台上对西安交通大学制冷与低温工程研究所开发的新型弹性箔片动压气体止推轴承进行了启停性能的试验研究。分析了箔片材料的选择和表面的处理对新型弹性箔片动压气体轴承启停性能的影响。试验结果表明经过表面处理的新型弹性箔片动压气体止推轴承具有较好的启停性能和稳定性。     

微小型高速透平径向箔片动压气体轴承的研究

微小型高速透平膨胀机的发展对微小型动压气体轴承的开发提出迫切的要求,研制微小型动压气体轴承十分必要。在一台微小型高速透平膨胀机上对平箔型、弹性片支承型、鼓泡型3种不同的径向箔片气体轴承分别进行了研究。试验结果表明3种箔片轴承均能满足运行要求,通过比较发现,鼓泡型径向箔片气体轴承具有加工简单,运转稳定的特点。配合鼓泡型动压止推轴承,对全鼓泡型箔片轴承全动压透平膨胀机进行研究。初步试验最高转速可达22万r/min。     

箔片气体动压轴承力学建模研究进展

箔片气体动压轴承是具有弹性箔片结构支承的自作用气浮动压滑动轴承,其性能很大程度上取决于箔片结构的力学特性,建立准确的箔片结构力学模型对于箔片气体动压轴承静动态特性、支承转子动力学响应的预测与分析具有重要意义。针对国内外不同类型箔片气体动压轴承的力学建模研究进行了归纳总结,发现箔片结构力学模型经历了从简化到完备的发展,已能够求解多维度的箔片变形分布、内部库仑摩擦力以及变接触状态下的非线性箔片刚度。通过结构有限元法与接触力学数值算法的有机结合能够对更加复杂且包含非线性接触约束的箔片结构进行精细建模,从而计算得到更准确的箔片轴承性能参数。另外,考虑箔片结构制造误差与转子起飞过程也是箔片轴承力学建模的一个发展方向。     

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...     

箔片空气轴承表面钛掺杂DLC膜的制备与表征

采用中频非平衡磁控溅射方法在箔片空气轴承的主轴材料40Cr钢、支承元件铍青铜箔片及硅片上制备了钛掺杂的DLC膜,并对膜的结构、摩擦磨损性能、结合强度以及内应力等进行了表征.结果表明:所制备的DLC膜含有较多的sp2键,与基体结合力强,两种轴承材料上沉积DLC膜之间的摩擦配副的减摩抗磨效果较好,摩擦因数在0.06～0.0...     

径向螺旋槽空气轴承起飞速度与承载能力试验研究

起飞转速是空气轴承的重要性能指标。以螺旋槽空气轴承为研究对象,运用摄动法求解等温可压缩条件下螺旋槽气体润滑轴承压力分布的微分方程,得到空气轴承压力分布及承载力等特性;以最大承载力为目标,计算螺旋槽空气轴承的结构参数,并对设计的空气轴承进行试验,探究其不同载荷下的起飞速度。试验结果表明：空载状态下,转速约为1 200 r/min时空气轴承的转子与轴承套脱离接触,达到起飞速度;螺旋槽空气轴承的起飞速度与起飞转矩均随着的载荷的增加而逐渐升高,随着转速的升高,轴承的承载能力也越来越大。研究表明所设计的螺旋槽空气轴承具有良好的性能,为后续螺旋槽轴承设计优化及实际应用提供了理论与实践基础。     

基于流体域仿真的高速风机气浮箔片轴承动静特性研究

气浮轴承特性对高速风机转子稳定性有显著影响,气浮轴承的静特性与动特性计算是准确获得转子系统失稳转速的基础。通过建立气浮轴承物理模型,以及对应的流体域模型,设定气浮轴承工作状况下的参数,模拟其在工作状况下的流体域分布情况,调整轴心位置,找到标准工作状况下的轴心位置,实现气浮轴承的静特性计算。在静特性计算的结果的基础上,赋予轴颈同频的扰动,模拟流体域分布情况,得到在给定扰动情况下轴颈的受力情况,根据力的变化求解得到气浮轴承对应的刚度系数与阻尼系数,实现气浮轴承动特性的计算。结果表明：随着转速的不断提升,稳定时的轴心位置会逐渐向气浮箔片轴承的圆心靠近;在一定的工作转速范围内,轴承的直接刚度系数随着转速的提升而下降,直接阻尼系数则在工作转速范围内下降到达低值后上升。分析气浮轴承的特性系数与转速之间的变化规律,可为开展转子系统动力学研究提供理论基础。     

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.     

波箔片制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响

为探究制造误差对径向波箔轴承的影响,基于Timoshenko梁单元建立波箔片变形的简化模型,基于ABAQUS建立波箔片的实体模型,并对比2种模型下波箔片的静刚度。结果显示,Timoshenko梁模型和实体模型的波箔片静刚度曲线较为吻合,且均呈线性变化。建立径向波箔轴承的实体模型,对轴颈进行位移加载,分析轴承的静刚度特性。结果显示,在考虑摩擦时,轴承的静刚度存在明显的滞回特性。设计存在2种不同误差类型的径向波箔轴承,并对其静刚度特性进行分析,发现波高误差对静刚度的影响大于波距误差,且控制起主要支承作用的波纹的波高误差能够有效降低制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响。     

基于梁模型的波箔动压轴承箔片结构建模方法

波箔动压轴承的箔片刚度特性是评估轴承性能的重要指标。为了合理、全面考虑摩擦力对波箔刚度的影响,建立了波纹箔片的欧拉梁模型,提出了判定波纹箔片摩擦状态的算法,针对静摩擦状态约束条件以及动摩擦力-位移关系合理调整约束方程。经过计算发现摩擦力的存在使箔片刚度增大,且未滑移的波纹刚度比产生滑移的波纹刚度大。探究了单元数量对计算结果的影响,发现其对结果影响不大。将梁模型计算值与文献中的线弹簧模型及实验值进行对比,结果显示梁模型计算值更接近实验值,验证了梁模型的准确性。