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。

波箔轴承结构刚度的计算

考虑波箔轴承中波箔与接触面间摩擦力的影响,得出了计算波箔局部结构刚度的简化公式,并分析了影响波箔轴承结构刚度的参数。结果表明:波箔局部刚度并不相等,而是从固定端到自由端逐渐减小;波箔轴承结构刚度随波箔弹性模量、波纹厚度、非固定端波纹高度和接触面摩擦因数的增大而增大;随波纹半长度和节距的减小而增大;且节距对结构刚度的影响比其它参数要大。

空气悬浮鼓风机波箔轴承和高速永磁电机的关键技术研究

空气动压箔片轴承是一种无油支承技术,没有接触摩擦,从根本上避免了滚动支承的润滑油"高温起雾"的难题,被认为是支承技术的一场革命。本文针对某离心风机对空气动压箔片轴承的需求,重点研究了轴承的设计、仿真计算、制造、表面涂层等技术,研制出了承载能力12.5kg的高速空气动压轴承,并对轴承性能进行了测试;同时,对高速大功率永磁电机及其控制技术进行了研究与开发,研制出了不同功率的多套样机;最后,将空气动压轴承、高速电机、风机叶轮等结合起来,设计制造了动压风机原理样机。

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。

考虑轴颈偏斜的双层径向波箔轴承静特性分析

考虑了轴颈偏斜的影响,建立了双层径向波箔轴承的理论模型。用有限差分法对控制方程进行求解得出静特性参数,分析了轴承数、偏心率、轴承柔性、长径比和轴颈偏斜对双层波箔轴承静特性的影响。结果表明,双层波箔轴承比单层波箔轴承具有更大的承载能力,比刚性表面动压轴承对轴颈偏斜具有更好的适应性。

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。

波箔轴承在高速磨头中的应用

<正> 一、引言高速磨削是现代机械制造领域中的一个研究方向。所谓高速磨削,广义上是指砂轮磨削速度高于35m/s。对于精密磨削,希望砂轮线速度达到50/ms以上。高速磨削与普通磨削相比,在磨削机理上是一次飞跃。无论从劳动生产率,砂轮耐用度,或是从被加工零件的精度和表面光洁度来看,高速磨削能够得到最佳磨削工况而给予大大提高。对于磨削孔径为2mm以下的小孔来说,要得到高速磨削,磨头转速必须达到35×10~4r/min以上。目前国内外用于小孔磨削的磨头最高转速只能达到18～22×10~4r/min,对于3～4mm孔径以下的孔。

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅱ)几何参数计算和实验研究

本文根据大量试验结果,提出了径向波箔轴承几何参数的设计计算公式;介绍了高速轴承试验台的结构和试验方法(试验台的所有支承轴承和加载装置的活动联接全部采用气体润滑);对几种不同参数的皮箔轴承进行了初步的静态特性试验。试验结果与理论计算基本相符。

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅰ)理论分析

应用圆柱薄壳线性理论给出了波箔单波刚度的计算公式;由弹性体变形理论导出了波箔总刚度的计算公式;根据弹性流体动力润滑的概念,获得了适用于波箔轴承的总体雷诺方程;设定了波箔轴承的边界条件。文中还应用有限差分法对几种不同参数的径向波箔轴承进行了静态性能的计算,得到了压力分布、承载能力、偏位角和摩擦力矩的变化曲线。理论计算与试验结果基本相符。

基于Timoshenko梁单元的径向波箔轴承箔片变形分析

为实现对径向波箔轴承箔片变形的更准确分析,基于Timoshenko梁单元建立箔片变形模型,在考虑库仑摩擦效应影响的基础上,计算不同载荷下箔片模型的变形,并与文献中的Heshmat公式、Iordanoff公式以及NDOF模型的计算结果进行对比,验证Timoshenko梁模型计算的准确性;改变摩擦系数的大小计算不同情况下的箔片变形,发现摩擦系数越大,箔片变形越小,而且两种摩擦系数的影响基本相同;通过静特性的求解得到了剪切刚度对轴承性能的影响规律。

波箔轴承中单波刚度的测试与理论计算值的比较

波箔轴承是一种弹性表面的流体动压滑动轴承，单波刚度是影响轴承刚度的重要参数，本文用试验装置对单波刚度进行测试并与理论计算结果是作一比较研究。

液氮和液氧中的箔轴承性能

空间转移飞行器和其它动力及推进系统都需要长寿命的涡轮泵,现在涡轮泵中所使用的滚动轴承无法提供足够的寿命来满足这些应用。在许多高速透平机械应用中,流体箔轴承在较宽的温度和工质范围内,表现出了长寿命和高可靠性的优点。然而在低温工质中,有关箔轴承性能的现有数据还非常少。美国的国家航空和航天管理局(NASA)以及 Allied Sig-nal 空间系统与装备公司(ASE)共同合作研究了片式柔性箔轴承在液氧和液氮中的性能。马歇尔空间飞行中心(MSFC)和 ASE 合作进行内部研究和发展计划,这项工作论证了箔轴承的最小承载量在液氧中是1.834兆帕,在液氮中是2.427兆帕。而且,还得出了箔轴承的直接阻尼系数为7×10~3到8.75×10~3牛·秒/米,为上面级发动机涡轮泵设计的箔轴承在液氮中的阻尼比是0.7到1.4。通过本次试验的结果以及在空气循环机械及其它应用中多年来的成功使用经验,美国准备用片式柔性箔轴承在液氧涡轮泵中进行试验。

液氧涡轮泵液体箔轴承的材料相容性评估

广泛应用于航天领域的滚动轴承,通常是制约装置寿命的主要元件。在低温应用中,箔轴承作为取代滚动轴承的替代品,看来是有前途的。由于在液氧环境中,从未有过如此尝试,在NASA 的怀待寿命试验室(后简称为 WSTF)的热摩擦试验系统上,进行了三个阶段的试验,以评估三种选用的箔轴承箔片的材料,在液氧中发火的危险性。该三种选择物均以铬镍铁合金为基层、聚合物为镀膜的结构。镀膜材料如下:Teflon S 聚酰亚胺和氟、石墨的耦合物(PBGF)、Teflon。在此之外,还有一种以银作镀层的材料也在试验之列。热摩擦试验分三个阶段进行。第一阶段,在液氧中模仿轴承启动与停止瞬间不可避免发生的摩擦过程。该阶段试验结果表明 Teflous 是最耐磨的箔片涂层材料,其次是 PBGF。第二阶段试验是在气氧中进行的,它模拟在液氧不足情况下所发生的摩擦,并且取得工作安全裕度的数据。该阶段试验结果显示出所有试验中的镀层材料,在发生燃烧之前就已磨损耗尽。第三阶段试验采用真正的箔轴承在液氧中工作,模拟轴承的启动过程。在这一测试中,TeflonS 作为主试涂层,PBGF 作为第二涂层。每种涂层都分别用弯曲型和平直型两种箔片结构形式作了试验。结果表明两种涂层都没有着火。

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1μm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。

柔性止推气体轴承波箔片排布的结构优化

针对高速空压机模型中的波箔推力轴承,以达到其最大承载力为目标进行优化,对刚性轴承下的承载力进行分析,针对不同的楔形间隙高度进行模拟,得到承载力随楔形间隙高度的变化规律;在考虑箔片之间接触摩擦和波箔之间的相互作用条件下,通过有限元法直接建立结构力学与薄膜流场的耦合模型,计算轴承的承载力;建立关于波箔排布方向角度的参数化模型,得到一定工况下不同波箔排布方向的承载力等相关参数的变化规律,通过数据处理得到最优承载力的波箔模型。

润滑气体、弹性箔片特性对动压气体轴承静特性影响分析

为研究润滑气体物性和波箔材料特性对气体动压轴承的影响规律,以Hydresil型波箔径向轴承为对象,在综合考虑气体可压缩性和箔片变形等因素的基础上,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。分析了不同润滑介质物性参数和不同弹性箔片材料参数下的轴承气膜厚度分布、压力分布以及承载能力。结果表明:粘度从4.21×10-6Pa·s升高到4.6×10-5Pa·s,轴承承载能力提高50%~75%,气膜分布与压力分布也更加均匀;在弹性模量70GPa^340GPa、泊松比0.15~0.45范围内,随二者增大轴承的承载能力分别提高5%~10%、30%~40%。

基于接触摩擦的多叶波箔型动压气体轴承静特性研究

为揭示多叶波箔型动压气体轴承箔片间接触摩擦对轴承性能的影响机理,建立多平箔与波箔间接触约束下的力学分析模型,结合可压缩气体雷诺方程构建流固耦合计算方法。数值分析了接触摩擦下的箔片结构刚度变化及在不同轴承数下接触摩擦对轴承静特性的影响。结果表明:接触摩擦强化了箔片刚度随变形量变化的非线性效应和周向分布的非均匀性,随着箔片变形量的增加,接触摩擦对箔片刚度的影响越加显著。同时,随着摩擦系数的增大(η=0~0.5),在低轴承数时承载力呈现先增后减的规律,在高轴承数时承载力单调增加,且轴承数越大时,增速越快;偏位角随摩擦系数的增大而增大,且轴承数越大时,摩擦系数对偏位角的影响越明显。

固定方式对波箔气体轴承箔片结构刚度的影响

为研究固定方式对波箔气体轴承箔片结构刚度的影响,通过对箔片建立考虑摩擦情况下的梁单元受力分析模型,精确计算沿轴承周向不同位置处箔片的静刚度。设计相应的箔片静刚度测试实验,采用几种常用材料制作箔片,测试不同固定方式下箔片的静刚度,并与建立的模型的计算结果进行比较。结果表明:箔片固定端固定方式对其静刚度影响显著,C型固定方式比直角弯固定方式具有更大的箔片静刚度;建立的箔片静刚度分析模型所得结果与实验结果变化趋势一致,可为波箔轴承的设计和加工提供指导。

波箔气体轴承支承的转子非线性振动的研究

为提高波箔气体轴承支承的微型透平机械转子在高速运转时的稳定性,需要对由波箔轴承气膜力和箔片摩擦力引起的非线性振动进行研究。建立在轴承气膜力和箔片摩擦力共同作用下的转子局部受力模型,运用4阶变步长Runge-Kutta法计算转子在不同转速下的振动响应,观察转子升速过程中的混沌运动成分,分析转速对转子非线性动力学性能的影响。结果表明,转速变化会引起响应形态的变化,非线性振动作用在临界转速区不明显,远离临界转速区时较明显。