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。

多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性

为了研究多孔质石墨静压气体推力轴承的静态特性,建立了相对应的理论计算模型.基于该模型分析了多孔质石墨密度、表面限制层、供气压力以及气体质量流量等因素对多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性的影响.理论计算结果表明,轴承承载力与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;气体质量流量与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;轴承的刚度与石墨密度、供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大.进一步设计实验台,绘制出多孔质石墨静压气体推力轴承的气膜厚度与承载力的静态特性曲线图.对比发现,实验结果与理论结果吻合较好,从而验证了数值计算方法的可靠性.

平面扇形可倾瓦气体推力轴承的优化设计

气体动压轴承在小型透平机械中有着诱人的应用前景．本文介绍了平面扇形可倾瓦气体推力轴承的工作特性计算及其参数优化的方法．利用自编的软件取得了瓦块最佳直径比和支承位置等参数的优化结果，并且在微机上实现了该种轴承的优化设计．

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。

叠层式箔片动压气体推力轴承承载特性

为揭示叠层式箔片结构对动压气体推力轴承承载性能的强化机制,建立了该结构静力学有限元仿真模型及弹流润滑分析方法,研究了叠层式箔片结构刚度随载荷的变化及楔形气膜间隙特征参数的演化规律。结果表明:随着载荷升高,叠层式结构刚度增幅呈先小后大的非线性特征,且周向局部刚度大小交替变化。这导致轴承楔形气膜间隙特征参数随承载力增大而明显变化,承载力从15 N增大到75 N,楔形高度可从45μm降低至16.8μm,节距比则先增大后减小。与承载力相同条件下的波箔型轴承相比,叠层式箔片动压气体推力轴承气膜压力分布会出现承载力强化的双峰值,且最小气膜厚度可增大35%至50%,可有效降低转静子间的碰磨概率。

叠片式气体箔片推力轴承热特性分析

叠片式气体箔片推力轴承具有制造工艺简单、散热能力强等优点,针对该新型轴承提出了相应的热特性分析模型,通过数值仿真分析得到轴承气膜及各元件的温度,并对关键影响参数进行了重点分析.研究结果表明:由于气膜在半径较大位置处的线速度大,其剪切产热效果明显,温度越高,气膜的高温区分布在靠近周向末端和顶箔侧;气膜、顶箔和推力盘温度均会随推力盘转速和轴承载荷的增大而升高;向箔片结构中通入冷却气流可以获得良好的降温效果,轴承温度随着箔片内通入冷却气流量的增大,先迅速下降后趋于平缓.

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50μm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。

轴承结构对推力轴承承载特性和热特性的影响

为探究气体箔片动压推力轴承的轴承结构对轴承承载特性和热特性的影响,建立推力轴承二维仿真模型,通过耦合求解非等温可压缩气体的雷诺方程和能量方程,获得轴承气膜压力场和温度场,并建立推力轴承三维仿真模型进行验证。利用轴承二维模型研究轴承结构(包括箔片节距比、箔片数量和箔片楔形高度)对轴承承载特性和热特性的影响规律。计算结果表明:气体箔片动压推力轴承的最佳节距比为0.35~0.5,最佳箔片数量为6,当最小气膜厚度为0.01mm时,最佳的箔片楔形高度为0.04~0.06mm;轴承热耗散随节距比、楔形高度的增加而减小,随箔片数量的增加而增大,为降低轴承温度,可适当提高轴承节距比和楔形高度。

气体动压箔片推力轴承仿真及试验研究

为了减少燃料电池空压机系统的体积和重量,系统需要满足无油、高速、高功率密度等要求。基于此要求,气体动压箔片轴承成为其支承轴承的最佳选择之一。为了研究气体动压箔片推力轴承(以下简称推力轴承)流体润滑特性,基于ANSYS软件采用流固耦合方法(FSI)对其进行了仿真分析,获得了承载能力、温升等静态性能。试制了推力轴承样品并进行了试验测试。通过对比推力轴承承载能力仿真结果与试验数据结果可知,两者的偏差仅为9.8%,验证了FSI的有效性,可以为推力轴承的开发和研制提供一定的理论依据和设计指导。

叠片式箔片气体动压推力轴承的静动态特性

针对一种叠片式箔片气体动压推力轴承,提出相应的结构刚度模型。运用有限差分法(FDM)求解可压缩气体雷诺方程,并与箔片弹性变形方程耦合求解得到该类型轴承的静动态特性。结果表明:由于支承结构在径向和周向都具有变刚度特点,导致单瓣箔片上出现二次收敛楔形效应,因此形成两个压力峰值,与传统类型轴承相比能在一定程度上提高承载能力。随着最小气膜厚度的增加,轴承承载能力和摩擦力矩都不断下降,且动态刚度也逐渐下降,但对动态阻尼的影响较小。存在最优楔形高度值以实现较大承载能力的同时,也能达到较小摩擦力矩,减小功率损耗,并且还能获得较高的动态刚度和动态阻尼系数。

带有均压槽的气体静压推力轴承设计

针对空间机器人地面微重力模拟实验中存在侧向干扰力/力矩,工作台面不平整等特殊情况,设计了具有周向和径向均压槽的高承载力、高刚度圆盘气体静压推力轴承,并采用变形雷诺方程对轴承的承载特性进行了建模和数值分析.为了验证理论计算结果的正确性,使用Fluent对轴承的承载力特性进行仿真分析,并且分析了高压气体产生的冲击力对承载性能的影响.最后,在标准测试平台上对该轴承的承载力特性进行了实验,并与不带有均压槽的轴承进行对比分析,证明了结构设计和理论分析的正确性.