表面微织构对气体动压轴承承载性能的影响

为分析表面微织构对气体动压轴承承载性能的影响,基于微观分子动力学的Lattice Boltzmann Method(LBM)建立气体动压轴承计算流体动力学模型,采用XFlow软件计算其承载力,并分析了微织构形状和深度对气体动压轴承承载力的影响,结果表明：三角形微织构轴承承载力优于正方形、半圆形微织构轴承,微织构深度取76μm最佳。     

基于DSP的气体挤压膜轴承控制器

为了实现对气体挤压膜轴承悬浮高度的控制并提高其悬浮稳定性,通过对气体挤压膜理论的分析,设计出了一种基于数字信号处理器(DSP)的气体挤压膜轴承控制器。利用位移传感器反馈回的位置信号调整激振振幅的大小,实现位置控制,并通过加入锁相环电路实现了频率的自动跟踪,使换能器始终工作在谐振状态。结果表明,气体挤压膜轴承控制器可以实现高精度的悬浮高度的控制,使轴承的工作更加稳定。     

转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性分析

为分析转子三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性,通过引入2个偏心角来描述转子三维偏心状态,并建立了三维偏心下气体箔片轴承的静、动态承载特性及轴承-转子系统动力学计算模型。以某气体箔片轴承为例,分析了其静、动态承载特性及转子动力学特性,结果表明：转子的三维偏心会导致气膜力分布在轴向上偏移;随转速增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼均不接近于0;随偏心角增大,气膜的各向等效刚度、等效阻尼近似呈指数增大;转子的运转从初始的三维偏心过渡至稳定时的二维偏心,最终在平衡位置处以低频、小振幅的振动形式稳定运转。     

考虑滑移效应的可倾瓦动压气体轴承承载性能分析

以可倾瓦气体轴承为研究对象,考虑滑移效应对可倾瓦动压气体轴承的气膜压力分布和承载力的影响,在1阶滑移和WU新滑移速度边界条件下推导修正雷诺方程的基础上,使用有限差分法求解不同瓦块偏心率、轴承数下的承载力。结果表明：随着偏心率、预载系数、轴承数的增大,轴承承载力增大;滑移边界条件下计算出的可倾瓦动压气体轴承的承载力显著降低;相同条件下,基于WU新滑移边界模型计算所得承载力最小,结果明显低于连续介质模型和1阶滑移模型。     

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。     

动静压气体径向轴承的静态性能转速效应

通过仿真与试验对纯动压、纯静压、动静压气体径向轴承的静态性能进行了对比分析,得到了轴颈转速、偏心率、气膜的动压效应和静压效应对轴承静态承载力和静态刚度的影响规律。随着转子转速或轴承偏心率的增大,动静压轴承的径向承载力逐渐增大;当转子转速较小时,气膜的静压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率增大而减小;当转子转速较大时,气膜的动压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率的增大而增大。     

柔性铰链径向气体挤压膜轴承的设计及优化

提出一种具有柔性铰链结构的新型径向气体挤压膜轴承,该轴承具有无摩擦磨损、运动精度高等优点,但承载能力较低。以提高承载能力为优化目标,采用优化设计方法对具有柔性铰链结构的新型径向气体挤压膜轴承的关键结构参数——柔性铰链的切口半径和壁厚进行优化,优化后轴承的振幅和挤压数都得到提高,实现了提高承载能力的目标,并且保持了结构的紧凑性。     

可倾瓦气体动压轴承参数对其承载能力影响的分析与研究

本文介绍了可倾瓦气体动压轴承承载能力的计算方法,分析了轴承参数对其承载能力的影响,对瓦块支承为刚性、弹性及其组合的可倾瓦轴承的特点进行了阐述,并以设计曲线的形式给出了计算结果。     

径向动压气体轴承承载能力的CFD分析

为改进计算精度和提高计算效率,采用CFD软件Fluent对径向动压气体轴承承载能力进行分析.使用软件Solidworks建立径向动压气体轴承三维物理建模;从可压缩流体润滑方程及连续性方程出发,得到等温条件下动压润滑雷诺方程的基本形式,运用有限差分法计算径向动压轴承的压力分布及承载力等特性;采用Fluent进行有限元仿真...     

多槽式表面节流气体润滑轴承及其特性的研究

本义简要评述了目前国外几种不同槽形的多槽式表面节流气体润滑轴承，同时指出了存在的不足。在此基础上，提出了一种新型锯齿形多槽式表面节流气体润滑轴承，并对其稳态特性进行了试验研究。     

气体挤压膜轴承的性能分析及其控制器的研究

为了有效克服传统气体轴承的缺点,基于超声激励的气体挤压膜机理,研制了一种新型的气体挤压膜轴承。为了获得关键结构尺寸及相关的控制参数,采用有限元法对压电换能器进行了模态分析和谐响应分析;应用数值解法从理论上证明了轴承的悬浮能力;通过压电换能器的模态实验,确定了其工作频率;同时采用有限元法对所设计的轴承产生的超声波声压进行了分析。在此基础上,设计制作了基于STC单片机的数字控制器硬件电路,编写了不完全微分PID控制程序并在实验台上进行了验证。研究结果表明,该类轴承在超声激励下能够实现悬浮支承。     

单供气孔静压球面气体轴承特性分析

为探究静压球面气体轴承的工作特性,以单供气孔静压球面气体轴承为研究对象,建立轴承的气膜模型,使用有限元软件进行仿真计算,研究球窝包角、平均气膜厚度、供气孔直径和供气压力对轴承承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度的影响规律。结果表明：球窝包角越大,轴承的承载力越大,球窝包角的变化对轴承耗气量和气膜间隙内最大气流速度影响很小;平均气膜厚度越小,轴承的承载力越大,轴承的耗气量和气膜间隙内气流最大速度越小;供气孔直径越大,轴承的承载力和耗气量越大,气膜间隙内最大气流速度越小;随着供气压力的增加,轴承的承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度均增加。     

压电驱动的超声悬浮精密轴承静动态承载特性

为研究超声悬浮轴承的静、动态承载特性,设计了一种压电陶瓷驱动的全包围结构超声悬浮轴承。分析了气体挤压膜润滑承载机理,在等温隔热条件下,根据牛顿流体的气体动力学理论,建立了描述轴承启动阶段及支撑回转体稳定旋转阶段气膜压力的静、动态雷诺方程。采用有限差分法并利用MATLAB自定义函数的功能,对超声悬浮轴承的静态及动态承载力进行了数值计算。为验证理论计算的正确性,通过轴承样机自悬浮实验验证轴承悬浮特性的理论计算结果,得出在其谐振频率下,相同结构尺寸及悬浮参数的轴承静态承载力理论计算值与测量值之间的误差为8.33%;在挤压数为100,2～5μm合理初始间隙下,动态悬浮力理论计算值与实验测量值相吻合。考虑样机结构特性引起的能量转换误差及实验环境因素影响,误差在合理允许范围之内,验证了理论分析及计算的正确性,对超声悬浮轴承的理论研究及设计具有一定的指导意义。     

超临界二氧化碳涡轮机主轴静压轴承承载特性分析

以超临界CO2涡轮机主轴支承静压轴承为研究对象,基于Fluent软件建立静压轴承气膜的三维分析模型,分析了轴承结构、偏心率、气膜间隙对气膜压力、承载力和刚度的影响.结果表明:双排进气结构静压轴承的气膜压力、承载力和刚度均高于单排进气结构;偏心率对承载力有显著的影响,承载力和偏心率呈非线性正相关;在偏心率一定的条件下,平...     

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。     

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。     

基于轨迹法的气体箔片轴承动态特性系数辨识

气体箔片轴承的动态特性系数(动态刚度系数和动态阻尼系数)是该类轴承支承转子系统的瞬态动力学计算和稳定性分析的重要参数,针对传统基于摄动法的动态特性系数计算仅考虑单个涡动比,提出基于轨迹法的动态特性系数辨识方法,对转子施加简谐激励,联立气膜雷诺方程和转子运动方程得到转子的轴心轨迹,采用线性简谐激振法和简谐激振法辨识出轴承的动态特性系数。以某气体箔片轴承为例,采用线性简谐激振法、简谐激振法对其动态特性系数进行计算,计算结果与摄动法均存在一定的差距,但对于气体箔片轴承在可接受范围之内。     

气体箔片轴承静态工作点求解

气体箔片轴承静态工作点的计算属于典型的弹流耦合问题,需要进行可压缩流体雷诺方程和板壳弹性变形方程的耦合迭代求解。为确定任意给定载荷下气体箔片轴承的静态工作点,提出了一种"二分法搜索+不动点迭代"的求解策略,二分法用于搜索偏心率,不动点迭代用于寻找偏位角。弹流耦合求解中雷诺方程采用基于质量流量守恒的差分法离散进行超松弛迭代求解,顶层箔片采用Kirchhoff薄板模型进行有限元求解,以整周式及三瓦插入式气体箔片轴承为算例进行了求解及分析,结果表明:偏心率、偏位角与文献[2]最大误差分别为6.60%和3.76%,且偏心率的误差随着外载荷的增大会显著减小;相对于刚性表面轴承,柔性表面轴承中的偏位角对偏心率的变化更加敏感。     

可倾瓦气体轴承气膜厚度的计算和分析

研究了离心力变形、热变形、轴承偏斜以及表面粗糙度对可倾瓦气体轴承的影响,结果表明:离心力变形对空心轴影响较大,温升对轴瓦厚度影响较小,而对其名义半径和轴半径影响较大;轴承偏斜影响其安全运行;表面粗糙度也会增大最小气膜厚度。     

基于CFD的球面动静压气体轴承稳态性能及动态特性分析

基于CFD建立球面螺旋槽动静压气体轴承气膜的有限元模型,数值计算气膜网格点上的压力分布,模拟气膜瞬态流场中复杂的气体流动,得到气膜的压力分布、承载力以及动态特性系数。结果表明:增加供气压力可以有效地增强静压效应,减小气膜厚度和增加转速有助于增强动压效应,动静压效应耦合可以提高轴承承载性能,偏心率为0.4～0.5,平均气膜厚度为8～12μm,供气压力为0.5～0.6 MPa时,产生的动静压耦合效应明显,从而可增加气膜的承载性能和轴承高速运行的稳定性;轴承刚度系数随着气膜厚度的增大呈先增加后减小的趋势,随着偏心率的增加而增加;轴承阻尼系数随着气膜厚度和偏心率的增加变化较为复杂,但整体上呈增大的趋势,因此,合理地选取气膜厚度和偏心率能够提高轴承承载性能,改善其动态特性,提高球面动静压气体轴承运行稳定性。