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。     

弹性支承箔片动压气体径向轴承理论模型的研究

提出了一种新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承,针对此种结构,提出了求解弹性流体动力润滑问题(EHDL)的弹性基础支承箔片轴承流.固耦合物理模型,分析了弹性基础支承材料的特性,建立了弹性基础受力三维六自由度变形和考虑了包括非线性项动态气膜力和轴承不对中(角偏差)效应的非定常可压缩雷诺方程的数学模型;然后从控制方程出发,给出了求解弹性支承箔片动压气体径向轴承静态特性参数(压力分布、承载力、偏位角、摩擦力矩)的分析方法;并以静特性分析为基础,采用Lund的线性化假设,分析了弹性支承箔片动压气体径向轴承的动态性能(4个刚度系数及4个阻尼系数);最后在动特性分析的基础上,采用刚性对称转子模型,分析了轴承的稳定性.     

箔片气体动压轴承力学建模研究进展

箔片气体动压轴承是具有弹性箔片结构支承的自作用气浮动压滑动轴承,其性能很大程度上取决于箔片结构的力学特性,建立准确的箔片结构力学模型对于箔片气体动压轴承静动态特性、支承转子动力学响应的预测与分析具有重要意义。针对国内外不同类型箔片气体动压轴承的力学建模研究进行了归纳总结,发现箔片结构力学模型经历了从简化到完备的发展,已能够求解多维度的箔片变形分布、内部库仑摩擦力以及变接触状态下的非线性箔片刚度。通过结构有限元法与接触力学数值算法的有机结合能够对更加复杂且包含非线性接触约束的箔片结构进行精细建模,从而计算得到更准确的箔片轴承性能参数。另外,考虑箔片结构制造误差与转子起飞过程也是箔片轴承力学建模的一个发展方向。     

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。     

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。     

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。     

箔片动压气体轴承转子系统动态特性试验研究

在箔片动压气体轴承的润滑分析模型和动态特性数学模型基础上,结合牛顿力学方程,建立箔片动压气体轴承-转子系统动力学方程,并研究其刚度和阻尼系数的计算方法;试验测量箔片动压气体轴承-转子系统的振动及速度,计算其刚度和阻尼系数;结合图谱法分析箔片动压气体轴承-转子系统在升速过程中的线性失稳和非线性失稳现象,研究转速对其刚度和阻尼系数的影响规律。结果表明：箔片动压气体轴承-转子系统主刚度系数整体随着转速的升高而增大,而交叉刚度整体随着转速的增加而减小且变化趋势相对较为平缓;阻尼系数整体随转速的提高而减小;系统自身阻尼抑制了扰动和低频能量的聚集,避免了箔片振动发生,从而有效地提高了系统运行的稳定性。提出的动态特性系数计算方法结合气体润滑理论与动力学模型,并结合试验测试,可以有效地获得轴承-转子系统的动态特性。     

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。     

微小型高速透平径向箔片动压气体轴承的研究

微小型高速透平膨胀机的发展对微小型动压气体轴承的开发提出迫切的要求,研制微小型动压气体轴承十分必要。在一台微小型高速透平膨胀机上对平箔型、弹性片支承型、鼓泡型3种不同的径向箔片气体轴承分别进行了研究。试验结果表明3种箔片轴承均能满足运行要求,通过比较发现,鼓泡型径向箔片气体轴承具有加工简单,运转稳定的特点。配合鼓泡型动压止推轴承,对全鼓泡型箔片轴承全动压透平膨胀机进行研究。初步试验最高转速可达22万r/min。     

润滑气体对箔片动压止推气体轴承静特性的影响分析

以新型鼓泡箔片动压止推气体轴承为研究对象,采用有限差分法和Newton-Raphson迭代法通过Matlab软件编程求解流固耦合的数值模型,得到了同一温度下不同润滑气体以及同一润滑气体在不同温度下的轴承气膜压力分布、厚度分布和承载能力;研究了润滑气体物性参数对航空涡轮冷却器中箔片动压止推气体轴承静特性的影响规律。结果表明:动力黏度较大的润滑气体形成较大的气膜压力和气膜厚度分布,并产生较高的承载能力;随着轴承长时间高速运行产生的高温导致的润滑气体物性参数的改变有利于提高轴承的承载能力。     

鼓泡型箔片动压止推气体轴承结构变形的数值研究

针对鼓泡型箔片动压止推气体轴承的结构特点,应用ANSYS软件建立弹性支承结构的有限元模型,并对其进行数值求解。在不考虑顶层平箔片变形的情况下,分析单个鼓泡尺寸变化对其支承刚度的影响,建立轴承模型并在对顶层平箔片施加通过有限差分法求解得到的气膜压力后,求解获得平箔片和鼓泡箔片的变形情况。结果表明:通过减小鼓泡半径、跨距以及增大箔片的厚度能够提高鼓泡弹性支承结构的刚度;顶层平箔片在鼓泡型弹性箔片元件的变形中起主要作用,而且弹性箔片元件的变形量能够满足润滑层最小气膜间隙的要求。     

箔片轴承气弹耦合求解方法

气弹耦合求解是计算箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。提出一种简单的箔片动压气体轴承气弹耦合求解方法。该方法以简单弹性基础模型为基础,将气膜厚度控制方程代入Reynolds是方程,获得箔片动压气体轴承气弹耦合控制方程,运用有限差分法结合Newton-Raphson迭代法对气弹耦合控制方程进行求解。计算方法获得的轴承内部压力分布与文献结果吻合很好。该方法的优势在于,省略了除最底层的牛顿迭代之外的其他所有迭代过程,使迭代次数大大减少,从而使计算效率获得提高。     

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...     

弹性支承箔片动压气体径向轴承的实验研究

对新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承进行试验研究,在高速透平膨胀机(主轴轴径D=25.0mm、转子总长l=250.5mm、转子质量Gm=891g、额定工作转速10.64×104r/min)上达到了转子转速14.8×104r/min、超速40%的良好试验效果。对这种弹性支承箔片动压气体径向轴承的振动特性和稳定性进行试验研究。结果表明,该轴承具有优良的动态特性与稳定性,能有效抑制高速自激涡动的发展,在正确选择结构参数和表面处理方法后,有望替代目前在高速透平机械中广泛应用的静压气体轴承。     

气体动压润滑轴承材料的表面改性处理

首先论述了气体动压润滑轴承 (以下简称气动轴承 )摩擦副材料表面改性处理的选择原则 ,然后在此基础上提出了多种适用于气体动压润滑轴承材料的表面改性处理方法     

微小型气体轴承高速透平机械研究进展

阐述了国内外微小型气体轴承高速透平机械的发展概况.介绍了空间制冷机及微小型燃气透平中,以通常机加工方法制作的微型三可倾瓦动压气体轴承、箔片动压气体轴承、微型静压气体轴承的国内外研制发展现况.     

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。     

气体动压润滑轴承材料的表面改性处理

首先论述了气体动压润滑轴承（以下简称气动轴承）摩擦副材料表面改性处理的选择原则，然后在此基础上提出了多种适用于气体动压润滑轴承材料的表面改性处理方法。     

箔片式动压空气轴承试验研究

箔片式动压空气轴承是一种以箔片为弹性支承的自作用式动压气体轴承,因其优越的动力学性能广泛应用于高速透平机械、高精密机床以及航空、航天、国防等高端装备领域.箔片式动压空气轴承采用空气为润滑介质,根据动压润滑原理,轴颈与轴承间需要达到一定的相对速度,所形成的动压气膜才能克服转子径向力,使轴颈与轴承脱离机械接触,即转速要达到...