交错式波箔型气体动压轴承静态特性研究

为进一步提高箔片轴承性能,提出了交错式箔片轴承结构,并建立交错式波箔型气体动压轴承模型;应用有限元法和松弛迭代法对雷诺方程与气膜厚度方程进行差分迭代求解,通过控制气膜压力的收敛,得到交错式箔片轴承气膜厚度和压力分布,并计算相关的静态特性。结果表明:与传统波箔构型轴承相比,交错式波箔型气体动压轴承的承载力明显提升,而摩擦力矩有所增加,尤其在转速与长径比增大的情况下更为明显;随转速与长径比的增大,交错式波箔型气体动压轴承与传统轴承的偏位角大小与变化基本相同,气膜压力三维分布也相一致。     

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。     

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...     

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。     

基于弹性壳体模型的波箔型气体动压径向轴承静特性分析

采用有限单元法,对波箔型气体动压径向轴承的箔片建立了弹性壳体单元模型。该模型综合考虑了箔片膜效应与弯曲效应之间的耦合,更能真实地反映出波箔和平箔的变形。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,分析了轴承气膜厚度分布、压力分布、箔片变形量分布以及承载能力,并与实验结果进行了比较,证明了该方法的可行性和精确性。分析了转速、箔片厚度对轴承特性的影响,结果表明:转速上升,承载能力增大;箔片厚度小于0.2mm时,厚度的改变对轴承的影响较大。     

基于弹性壳体模型的波箔型动压气体径向轴承动特性分析

波箔型气体轴承的动态纲度和阻尼系数是轴颈偏心率、旋转速度及轴心涡动速度的函数,是进行转子临界转速、不平衡响应计算及稳定性分析不可或缺的基本参数。用摄动法建立波箔型气体轴承动特性系数计算分析的数学模型,应用弹性板壳模型计算波箔及平箔的变形,应用有限差分法及有限元法耦合对模型进行求解,获得波箔型气体轴承的动特性系数。将所得结果与已公布的实验数据对比,证明该模型的合理性和精确性。分析偏心率和轴颈转速对动特性系数的影响,结果表明,刚度系数随偏心率和轴颈转速的增加而递增,阻尼系数随偏心率和轴颈转速的增加而递减。     

新型波箔型径向气体轴承承载特性研究

基于波箔型轴承的结构特点,提出和设计平箔片与波箔片结构耦合的新型箔片轴承,包括波箔片覆盖轴承整个圆周、上半周和下半周的3种动压径向气体轴承。考虑气体的可压缩性,模拟箔片轴承的二维气膜流场,对新型箔片轴承的承载特性进行分析,并与刚性气体圆轴承的承载特性进行比较。结果表明,波箔片覆盖轴承下半周的下波箔片轴承的承载力明显优于其他轴承。通过改变下波箔片轴承波箔的波数、波宽、高度等结构参数来进一步模拟气膜流场变化。结果表明,在满足箔片结构稳定的情况下,下波箔片轴承承载力随波数及波宽的增加而增加,随波高的增大而呈现先急剧增大再缓慢减小的趋势。     

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.     

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。     

波箔型径向气体轴承静态特性分析

建立考虑气体可压缩性和箔片变形的波箔型轴承气膜厚度模型,采用有限差分和松驰迭代法耦合求解Reyn olds方程和气膜厚度方程,得到波箔型轴承气膜厚度和气膜压力分布,并分析波箔型动压径向气体轴承结构参数和运行参数对其静态性能的影响.结果表明:波箔型轴承数值分析结果与相关文献试验数据相符度较好,证明该模型的科学性与精确性;对比箔片轴承和传统刚性表面轴承气膜压力和气膜厚度的分布特点,表明箔片轴承具有更高的承载能力;随着偏心率、转速的增大,箔片轴承承载能力增大,偏位角减小;随着转速增大,气膜压力提高,箔片变形增大,最小气膜厚度增大.     

箔片式动压径向气体轴承的发展

本文简要回顾了气体轴承和箔片式动压径向气体轴承的历史及国内、外目前的研究状况。详细介绍了箔片式动压径向气体轴承的起源、结构形式、应用范围和理论、实验及应用研究的发展,并提出了一种新型结构形式的弹性支承箔片动压径向气体轴承。     

箔片式动压止推气体轴承的发展

本文简要回顾了箔片式动压止推气体轴承的发展历史.详细介绍了箔片式动压止推气体轴承的主要类型及研究状况.     

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.     

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1 μm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。     

基于箔片非线性刚度模型的气体箔片轴承静特性研究*

基于箔片轴承结构刚度试验结果推导单个波纹箔片非线性刚度模型,通过有限差分法耦合求解气体Reynolds方程、气膜厚度方程和单个波纹箔片非线性刚度方程得到了轴承静态特性,研究波纹箔片非线性刚度对轴承静态特性的影响。通过对波纹箔片非线性模型和文献中的波纹箔片等刚度模型仿真结果进行对比分析,结果表明：单个波纹箔片刚度具有很强的非线性,轴承气膜压力分布不均使得轴承承载区波纹箔片的刚度要远远大于非承载区的刚度,并且轴承轻载时非线性刚度模型刚度值较小导致仿真得到的轴颈偏心率和非承载区的气膜厚度都明显大于文献恒定刚度模型的结果。此外,通过分析得出了一种先进行刚度试验得到单个箔片非线性刚度模型后利用数值方法进行求解的箔片轴承静特性分析方法。     

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。     

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。     

径向波箔气体轴承实验台设计

介绍了径向波箔气体轴承实验台的组成和搭建。采用两个相互正交的电涡流传感器测量转子的振动信号,通过FFT进行频谱分析并选频合成转子轴心轨迹;采用拉力传感器测量启动过程的摩擦力;采用热电偶测量润滑气体的温度场分布。结果表明,该实验台转轴最大径向位移小于5μm,可应用于径向波箔气体轴承的实验;电阻应变片式拉力传感器和铜-康铜热电偶均能满足测量要求。     

箔片动压气体轴承-转子系统的振动特性试验

基于轴承-转子系统的非线性响应,搭建箔片动压气体轴承-转子系统振动试验平台,结合时域图、频谱图、轴心轨迹图和时间-频率-幅值三维谱图分析轴承-转子系统升、降速过程中运行状态的变化情况,研究轴承-转子系统运行过程中的非线性振动特性以及升、降速率对低频振动的影响。试验结果表明：在箔片动压气体轴承转子系统升、降速过程中,较高的升速率和较低的降速率均可以有效抑制低频能量的聚集,减小或者避免低频振动的产生;较高的升速率可以提高锁频振动发生时的工频,较低的降速率能够在工频较高时结束锁频振动现象。     

基于壳单元模型的箔片气体动压轴承静、动态特性分析

采用壳单元模型模拟箔片结构,考虑箔片在气膜压力作用下的凹陷和运动,以及波箔、顶箔和轴承套之间的相互作用,耦合有限差分法求解雷诺方程,建立预测箔片气体动压轴承性能的仿真分析模型。通过试验验证了理论模型的正确性,并分析了轴承的静、动态特性,结果表明：随载荷增大,偏心率增大,姿态角减小;随转速升高,偏心率和姿态角减小;随轴承长径比增大,偏心率减小,姿态角增大;随间隙比增大,偏心率和姿态角增大;随载荷增大,动态直接刚度系数明显增大,动态直接阻尼系数出现波动;随波箔凸起周向间隔角增大,动态刚度系数变化不大,在低载荷下动态阻尼系数变化不大,在高载荷下有一定变化;随顶箔、波箔厚度增大,动态刚度系数和动态阻尼系数变化不大;随轴承长径比增大,动态直接刚度系数和动态直接阻尼系数明显增大,交叉刚度系数减小;随间隙比增大,动态直接刚度系数和动态直接阻尼系数减小。