空气动压箔片轴承启停性能的实验研究

为分析空气动压箔片轴承启停过程的内在机制,构建箔片轴承试验平台,采用连续启停和阶梯转速启停2种实验模式对箔片轴承的启停特性进行深入研究,获得箔片轴承启停过程中摩擦力矩的真实变化规律;结合气体润滑理论,预测箔片轴承摩擦力矩在全转速范围内的变化规律,从工程角度给出了箔片轴承起飞转速的合理定义。结果表明:体接触摩擦力矩和气膜剪切摩擦力矩组成,在全转速范围内,箔片轴承的合成力矩随着转速的升高先降低后升高;工程角度看,当箔片轴承在设定转速下工作时,只要测量合成力矩相对于启动时最大力矩下降了很大的幅度,可以认为此时的箔片轴承已经起飞,即当前状态的箔片轴承具备承受相应负载的承载能力。     

箔片动压轴承的研制及在机载环控涡轮的应用

针对某型吊舱环控涡轮油润滑轴承存在的油污染、可靠性低等问题,基于吊舱涡轮的实际使用条件研制一种机载涡轮动压箔片轴承,并进行箔片动压轴承机载环控涡轮的性能试验、功能振动试验、高低温贮存试验、启停可靠性等试验验证。试验结果表明:采用动压气体箔片轴承的高速环控涡轮制冷性能、起浮压力、起浮转速均满足使用要求,功能振动试验、-55和70℃高低温启动试验优于指标要求,百次启停和超速运转后涂层无脱落,启停次数可达10 000次以上。     

考虑不同加速工况的滑动轴承的启停性能分析*

滑动轴承的摩擦磨损主要发生在启停阶段。为了研究启停工况下的滑动轴承的摩擦学性能,建立一种面向径向滑动轴承的混合润滑数值分析模型。采用质量守恒边界条件的雷诺方程求解流体压力,采用Greenwood和Tripp接触模型预测固体表面接触,而通过Johnson载荷分配概念将润滑模型和接触模型联系起来,从而实现对滑动轴承在启停工况下从混合润滑过渡到动压润滑的摩擦学行为分析。利用该模型,研究轴承系统在启停阶段从边界润滑、混合润滑到动压润滑演化过程中的摩擦学性能;以径向滑动轴承系统为例,结合不同的轴承转速变化函数,分析轴承加速对轴承启停性能的影响;同时研究工作工况、润滑油温度、轴承的结构参数对轴承启停性能的影响。结果表明：轴承启动加速度在合理范围内越大越好,能使轴承更快进入动压润滑;较高的转速、较低的润滑油温度和较大的径向轴承间隙能使轴承拥有更好的启停性能。     

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。     

弹性箔片动压径向气体轴承起飞转速和承载能力的实验研究

在建立的气体轴承性能测试实验台上对新型弹性箔片气体动压径向轴承进行了起飞转速和承载能力的实验研究,并分别通过摩擦力矩和径向位移响应频谱两种方法分析了轴承的起飞转速。结果表明:轴承起飞后摩擦力矩逐渐减小并趋于稳定,且径向位移响应频谱图上只有较大的低倍频分量出现,高倍频分量和其它频率分量要小得多;两种分析方法得到的轴承起飞转速基本吻合;载荷越大,轴承和转子中心的偏心距越大;由于箔片弹性变形使卸载过程存在能量损失,同样载荷下卸载时的偏心距比加载时大。     

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.     

新型弹性箔片动压气体止推轴承启停性能的研究

在多功能气体轴承试验台上对西安交通大学制冷与低温工程研究所开发的新型弹性箔片动压气体止推轴承进行了启停性能的试验研究。分析了箔片材料的选择和表面的处理对新型弹性箔片动压气体轴承启停性能的影响。试验结果表明经过表面处理的新型弹性箔片动压气体止推轴承具有较好的启停性能和稳定性。     

高速动压气体轴承箔片材料表面处理的探讨

针对高速透平机械动压气体轴承——箔片式气体轴承金属箔片材料的表面处理问题进行了一定的探讨。对箔片式气体轴承箔片材料的选择、材料的表面处理方法以及该轴承的启停性能和稳定性进行了实验研究。分析表明：通过对箔片材料及表面处理方法的合理选择，可以显著改善箔片式动压气体轴承的启停性能。     

高速透平箔片动压气体轴承固体润滑涂层研究进展

箔片动压气体轴承广泛应用于高速透平膨胀机、微小型燃气轮机、涡轮增压机等高速透平机械中。固体润滑涂层可为箔片动压气体轴承提供启停阶段的润滑保护,对保证箔片动压气体轴承稳定性与使用寿命至关重要。本文回顾了国内外箔片动压气体轴承固体润滑涂层的研究历史与现状;结合文献资料着重分析了PS系列、Korolon系列和DLC系列的固体润滑涂层特性,并对其应用场合和优缺点进行了探讨。     

箔片气体动压轴承研究进展综述

箔片气体动压轴承具有转速高、摩擦功耗低、无油润滑以及良好的减振性能等优势,已在飞机换气系统和曝气鼓风机等领域广泛应用。近年来随着全球“碳达峰碳中和”战略的提出和实施,氢燃料电池汽车等成为产业热点,箔片气体动压轴承在燃料电池空压机领域的应用呈现“井喷”态势,但箔片轴承在适应燃料电池汽车复杂工况所必须具备的长寿命、高抗振性及高可靠性等方面,还远远没有得到充分验证,目前仍处于路况验证和技术迭代阶段。因此有必要在新工况和新性能需求大背景下,对箔片气体动压轴承的现有研究成果进行系统梳理和深入分析。介绍了箔片气体动压轴承的结构及在燃料电池空压机中的应用;评述了箔片气体动压轴承的高速特性、比承载能力、动力学稳定性以及启停寿命等关键性能指标及当前发展水平;分别从箔片气体动压轴承理论建模、气固耦合特性仿真算法、气膜热特性及温升控制、轴承转子系统动力学稳定性、箔片轴承抗振性及疲劳寿命、箔片表面涂层技术及启停寿命、箔片轴承动态性能测试与试验技术等方面,对箔片轴承关键技术进行了系统分析和综述;最后结合燃料电池汽车工况对高速离心式空压机的性能需求,对箔片气体轴承关键技术的发展趋势进行了预测和展望。     

弹性箔片轴承的研究进展*

近年来,弹性箔片轴承在高速透平机械的应用中展现出巨大的潜力。为获取轴承高承载力、减少轴承启停过程的摩擦与磨损、提高轴承的高速稳定性,研究人员开展了大量的理论、实验与应用研究。从弹性箔片轴承的结构特性、涂层特性和建模方法3个方面对气体弹性箔片轴承的研究进展进行综述。首先从轴承结构优化的角度,介绍箔片轴承结构改进的发展历程,以及具有新颖结构设计的多叶搭接式弹性动压箔片轴承及其优点;然后从减少轴承启、停阶段摩擦力,提高弹性箔片轴承使用寿命的角度出发,比较分析了应用广泛的多种涂层,总结国内外新型润滑剂的适用条件及减摩效果;最后从轴承建模角度,介绍经典的简单弹性模型、考虑箔间摩擦力与分离等影响因素的系列复杂模型,为后续模型构建与性能分析提供依据。展望弹性箔片轴承在高精尖等领域的前景,并对弹性箔片轴承的研究方向提出了建议。     

人字槽径向气体动压润滑轴承特性分析

建立人字槽径向气体动压润滑轴承的数学模型,采用局部积分有限差分法在不连续求解域内推导出气体润滑Reynolds方程的差分形式,通过求解获得轴承间隙内的气膜厚度、气膜压力、轴承承载力等状态特性,并分析径向间隙、螺旋角、槽深比、槽宽比和槽数等轴承几何结构参数以及转速等工况条件变化对轴承承载能力的影响规律。结果表明:人字槽轴承的压力在圆周方向呈锯齿形分布,人字形压力带环抱在轴颈上,使轴承在各个方向上均能承载,从而提高了轴承的抗振性和平稳性;增大偏心率,减小气膜间隙,增大螺旋角,减小槽深,增加槽宽比,适当增加槽数,均可提高轴承承载力;人字槽结构能够更好地实现气体动压润滑轴承动压效应,提高了轴承的承载能力和稳定性能。     

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

气体动压箔片径向轴承工程应用试验研究

通过构建正置式的动压轴承性能验证平台,对设计制造的动压轴承进行了启停寿命、运行稳定性、温升特性、轴承互换性、与传统滚动轴承的比较等工程试验研究,结果表明:研制的动压轴承启停寿命大于104次;运行时的轴心轨迹在±0.03 mm以内,运行稳定;温升稳定在可接受的范围内;轴承能满足工程互换性要求;动压轴承具有良好的减振、降噪、长寿命的特性,取得了较好的工程应用效果。     

石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究

针对极端工况下石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损难以量化的问题,利用核主泵半尺寸轴承对量化方法展开研究.建立了石墨水润滑可倾瓦推力轴承模型,采用摩擦副粗糙度作为衡量指标计算了理论起飞转速,并与起飞转速台架试验结果进行了对比;使用质量磨损率作为衡量磨损量化标准,进行了小试样试验和启停台架试验,二者结合对石墨不锈钢摩擦...     

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。     

空气静压径向轴承动压效应对其承载能力的影响

建立空气静压径向轴承的理论模型,利用有限体积法分析软件,仿真分析了轴承处于旋转状态时,平均间隙和供气压力对轴承承载力和耗气量等特性参数的影响。结果表明:随着轴承转速的增加,空气静压径向轴承产生明显的动压效应;轴承的平均间隙越小,动压效应对轴承承载力的提高作用越明显;供气压力越大,纯静压润滑在动静压混合润滑中所占的比例越大,动压效应所占的比例越小。     

考虑粗糙度的船舶水润滑高分子轴承弹流润滑性能研究

为了揭示表面粗糙度对船舶水润滑高分子材料轴承润滑性能的影响规律,开展水润滑轴承弹流混合润滑理论研究;建立考虑内衬材料粗糙度和弹性变形的水润滑轴承混合润滑模型,并对模型进行仿真验证;分析内衬粗糙峰对水膜厚度、水膜压力分布和承载能力的影响规律。研究结果表明：在转速增大的过程中,内衬粗糙度的增大会减缓水膜厚度的增幅比,使轴承需要更高的转速来进入流体动压润滑状态;减小轴承内衬粗糙度能有效降低轴承起飞转速,加快轴承由混合润滑转变为流体动压润滑的过程,减小轴承与轴颈的局部接触,降低轴承异常振动噪声发生的可能性。研究结果揭示了内衬粗糙度变化对轴承润滑特性的影响机制,为水润滑轴承的优化设计提供理论参考。     

基于双杆-弹簧模型的波箔型气体动压轴承特性研究

应用双杆-弹簧模型计算波箔型气体动压轴承波箔的等效刚度矩阵,应用有限元法计算顶箔的挠度,通过控制气膜厚度的收敛,由Reynolds方程迭代求解出轴承的波箔挠度、顶箔挠度、气膜厚度和压力分布。通过算例,研究波箔等效刚度与相关参数的关系,研究轴承载荷与转速、环境压力以及平均气膜厚度的关系。结果表明:轴承的承载能力随轴承转速的增大而增大,且增大的速率逐渐减小;轴承承载能力随轴承内部环境压力的增大而增大;平均气膜厚度越小,轴承承载能力越大。     

大型贯流泵水润滑导轴承数值模拟

利用Fluent软件对某大型贯流泵水润滑导轴承内部流场进行数值模拟,研究了不同转速下轴承水膜压力场分布情况,并分析了相关参数对轴承润滑水量及其静态性能的影响.结果表明:轴承水膜在高低转速下压力分布差异较大;动压效应显著时,轴承内部会产生倒流现象从而降低润滑水量;降低半径间隙、增大转速及供水压力能提高轴承承载力及刚度;降低转速、增大供水压力及半径间隙能提高轴承润滑水量.