气体润滑弹性波箔片轴承动态特性分析

通过摄动方法并结合气体润滑压力控制Reynolds方程和气膜压力、气膜厚度及箔片变形等变量的Taylor展开式,推导出弹性波箔片轴承气膜动力特性系数计算微分方程组.同时,考虑气体可压缩性等因素,建立气膜厚度、箔片变形和气膜压力三者之间关系的数学模型方程组.运用Newton-Raphson迭代法和有限差分法耦合求解气膜动力特性系数计算微分方程组和气膜厚度数学模型方程组,得到弹性波箔片轴承气膜刚度和阻尼等动力特性系数随偏心率、转速、扰动频率及轴承长径比等参数变化的规律特性,为箔片轴承设计、优化和弹性波箔片轴承-转子系统理论及试验分析奠定基础.计算结果表明,随着偏心率和转速的增大,润滑气膜主刚度均有不同程度的提高,同时,润滑气膜刚度和阻尼的大小与扰动频率关系密切.

波箔片气体动压径向轴承气膜压力分布特点

考虑气体可压缩性及箔片变形等因素建立气膜厚度数学模型,采用Newton-Raphson法和有限差分法耦合求解压力控制Reynolds方程和气膜厚度方程。刚性表面轴承气膜厚度和压力分布的数值计算结果与相关文献基本吻合。在此基础上,对比了刚性表面轴承和波箔片气体动压轴承的主要区别,讨论研究了不同偏心和不同转速下气膜压力的分布特点。该数值分析方法的计算速度快、收敛性好。

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。

平箔片厚度轴向变化的新型箔片轴承性能

为提高箔片轴承性能,提出一种新型的平箔片厚度轴向变化的波箔型箔片轴承.该新型箔片轴承的平箔片在轴承中间区域有一周向贯通的宽槽,凹槽深度在微米量级.考虑平箔片厚度的轴向变化,采用二维厚板有限元模型计算平箔片刚度.基于有限差分法和Newton-Raphson迭代法耦合求解压力控制方程及箔片变形方程,获得新型箔片轴承的气膜压力分布及承载力;基于小扰动法,计算轴承动力学特性系数.仿真研究平箔片宽槽深度对新型箔片轴承性能的影响.结果表明:与传统箔片轴承相比,平箔片厚度轴向变化的新型箔片轴承可有效减少润滑气体端泄,增大流体动压效果,提高轴承承载力并改善动力学特性;随着平箔片宽槽深度的增大,新型箔片轴承的承载力及主刚度进一步增大;平箔片宽槽深度为8μm的新型箔片轴承,其承载力和主刚度分别增大约11.8%、12.1%.

波箔型径向气体箔片轴承-转子系统升降速动态特性试验

为了研究以波箔型径向气体箔片轴承为支承的轴承-转子系统动力学特性,专门设计了波箔型径向气体箔片轴承试验台,质量为0.458kg的转子在该试验台上实现了超过80 000r/min的运转速度.径向轴承为波箔型径向气体箔片轴承,止推轴承为多叶箔片轴承.试验结果表明:波箔型径向气体箔片轴承能够实现转子高速运行,在转子起飞后具有良好的运行稳定性,其轴承支承处振动位移幅值一直维持在20μm之内.由于驱动涡轮受到不平衡气流力的作用,转轴升速时的起飞转速要高于降速时的起飞转速.

箔片摩擦效应对转子-箔片轴承系统动力学特性影响试验

为了研究波纹箔片和轴承壳之间的摩擦特性对转子-箔片轴承系统动力学特性的影响,设计了波箔型径向气体箔片轴承-转子试验台,通过在该试验台上对以两组不同轴承壳圆柱孔内表面粗糙度的箔片轴承支承的质量为0.458kg的转子进行转速为0~8 000r/min的运行试验,对比分析了波纹箔片与轴承壳内壁之间的摩擦效应对系统转子动力学特性的影响.结果表明：直径为19.98mm的波箔型径向气体箔片轴承能够实现转子高速运行,在转子起飞后具有良好的运行稳定性,其轴承支承处的振动幅值一直维持在20μm附近,并且降低轴承壳内表面粗糙度（摩擦因数）能够让波纹箔片相对容易地在平箔片和轴承壳之间周向滑移,使其吸收并消除转子高频振动,提高转子系统运行稳定性.

基于库伦摩擦效应的箔片轴承极限承载力理论与试验

基于有限单元法建立了考虑库伦摩擦的波箔型径向气体箔片轴承的箔片结构模型,采用有限差分法和有限单元法耦合求解Reynolds方程和气膜厚度方程,通过求解轴颈达到极限偏心率时的轴承极限承载力,研究了箔片结构库伦摩擦效应对轴承极限承载力的影响规律,并搭建了轴承极限承载力测试试验台,利用温度法测量了两个具有不同轴承壳内表面粗糙度的波箔型径向气体箔片轴承的轴承极限承载力.通过对比分析仿真结果与试验结果表明:轴承壳圆柱孔内表面粗糙度为0.4μm的轴承在10000r/min和20000r/min下,轴承极限承载力分别为15.5N和42.3N;而表面粗糙度为1.6μm的轴承极限承载力为10.9N和29.6N,这是由于波纹箔片和轴承壳体之间的库伦摩擦力增大了波纹箔片的刚度,因此增大箔片结构摩擦因数使得轴承极限承载力降低,并且仿真结果变化趋势和试验结果变化趋势吻合.