轴颈倾斜微型气体轴承的热流体动力润滑分析

基于能量守恒原理推导计入气体稀薄效应的修正能量方程及其有限差分表达式,并通过偏导数法和有限差分法联立求解修正Reynolds方程、修正能量方程、气体黏温关系和气膜厚度方程,详细研究了微型气体轴承静动态性能随结构参数、轴颈倾斜方位角和黏温热效应的变化规律。结果表明:气膜热效应提高了微型气体轴承的承载能力、摩擦因数和动态刚度系数,而降低了直接阻尼系数,轴颈倾斜误差对微型气体轴承的静、动态性能均产生不利影响,计算结果可为提高微型气体动压轴承-转子系统的稳定性提供重要理论依据。

微型多叶稀薄气体润滑动压轴承动态特性研究

微型多叶动压气体轴承-转子系统作为微型涡轮发动机的关键部件,轴颈/轴瓦微小间隙内超薄气膜的动态特性是影响整机平稳运转和轴承润滑失效的重要因素。基于含3个可调系数的气体稀薄效应模型修正可压缩流体非定常Reynolds方程,将气膜压力、膜厚及Poiseuille流量比进行一阶复扰动展开,推导了微型气体轴承完整变量扰动的动态Reynolds方程,采用有限差分法、偏导数法及超松弛迭代法联立求解,分析了预负荷系数、瓦块分布位置及轴承结构参数对动态刚度和阻尼系数的影响规律。结果表明,相比微型圆柱气体轴承,微型多叶轴承瓦间沟槽的泵吸作用降低了气体稀薄程度,瓦间承载方式的直接刚度系数更大,大预负荷系数下微型多叶气体轴承瓦上/瓦间承载的动态阻尼系数也较高,长径比增大会提高轴瓦有效承载面积和超薄气膜范围,各刚度系数接近线性增加。微型多叶气体轴承可作为支承微型超高速转子的有益轴承类型。

稀薄效应对动压气体轴承静动特性的影响

为研究稀薄效应对微小间隙下动压气体轴承静动态特性的影响,分别采用连续模型、一阶滑移模型以及在任意克努森数下都与线性玻尔兹曼方程解有较高吻合的WU新滑移模型,基于有限体积法建立考虑稀薄效应的静动态Reynolds方程,给出3种模型下轴承静态承载力与偏心率、轴颈扰动频率与轴承动特性系数的变化关系。数值分析结果表明:随偏心率的变化,连续模型预测的静态承载力最大,一阶滑移次之,WU新滑移模型预测的值最小;随着扰动频率的增加,考虑滑移模型计算的主刚度系数和主阻尼系数均有减小的趋势,且WU新滑移模型计算的主刚度系数和主阻尼系数明显低于连续模型和传统的一阶滑移模型。传统连续模型和一阶滑移模型过高地估计了轴承的静动特性系数,WU新滑移模型计算的结果更为准确。

硅基超短微转子系统动力学分析和不平衡量试验测量方法研究

以基于微型静压气体轴承系统支承的硅基超短微转子为研究对象,充分考虑微尺度下稀薄气体效应的影响,建立了微型静压径向气体轴承的气体动力学模型。开展了不平衡量影响下的微转子-气体轴承系统动力学的建模和动力特性研究,分析并掌握了微转子不平衡量与微转子动力学响应、微型静压气体轴承供气特性之间的内在联系,提出了一种基于共振原理和反推原理的超短微转子不平衡量分析和测量方法,解决了常规不平衡量测量方法中存在的传感器安装和环境振动干扰等问题。