波箔片气体动压径向轴承气膜压力分布特点

考虑箔片预变形的波箔型气体轴承数值求解

考虑箔片预变形的波箔型气体轴承数值求解随着科技的进步和工业的发展，对于高速旋转机械的要求也越来越高。

气体轴承作为一种无接触的轴承形式，具有摩擦小、磨损小、寿命长等优点，在高速旋转机械中得到了广泛应用。

然而，在高速旋转机械中，气体轴承会面临一些挑战，例如气膜稳定性、刚度等问题。

为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的气体轴承结构——波箔型气体轴承，并考虑了箔片的预变形。

波箔型气体轴承是一种通过在轴承内部设置波形箔片来实现气体膜稳定性和刚度增强的结构。

箔片的预变形是指在制造过程中对箔片进行一定的变形，以使其在运行时能够达到预期的形状。

通过预变形，箔片可以在轴承运行时提供更好的稳定性和刚度。

因此，考虑箔片的预变形对于波箔型气体轴承的性能具有重要影响。

为了研究波箔型气体轴承的性能，可以利用数值求解的方法进行分析。

数值求解是利用计算机对问题进行离散化处理，通过数值计算得到问题的近似解。

对于波箔型气体轴承来说，可以建立相应的数学模型，并通过数值求解的方法得到其稳态和动态行为。

在建立数学模型时，需要考虑气体流动、箔片变形、气体力学等因素。

通过对气体流动的控制方程进行离散化处理，可以得到离散的方程组。

然后，可以利用迭代或者矩阵求解的方法，求解得到方程组的近似解。

在求解过程中，需要考虑气体流动的边界条件、箔片的预变形等因素。

通过数值求解，可以得到波箔型气体轴承的稳态和动态性能。

稳态性能主要包括气膜厚度、压力分布等参数，而动态性能主要包括刚度、阻尼等参数。

通过对这些参数的分析，可以评估波箔型气体轴承的性能优劣，并优化设计。

在进行数值求解时，还需要考虑一些问题。

首先，数值求解需要进行合理的离散化处理，以保证计算结果的准确性。

其次，数值求解的过程需要考虑计算时间和计算资源的消耗。

因此，需要选择合适的数值方法和计算工具，以提高计算效率。

最后，数值求解的结果需要进行验证和分析，以保证结果的可靠性。

考虑箔片的预变形的波箔型气体轴承数值求解是一种研究高速旋转机械轴承性能的重要方法。

考虑波箔变形的波箔型气体箔片轴承润滑性能的数值研究

文章编号：1006-3080(2020)02-0293-08DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20190108001考虑波箔变形的波箔型气体箔片轴承润滑性能的数值研究许浩杰1，高磊2，陆俊杰1，安琦1（1. 华东理工大学机械与动力工程学院，上海 200237；2. 长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000）摘要：以波箔型气体箔片轴承为研究对象，运用弹性力学理论对波箔的力学性能进行了研究，构建了其受力变形模型，并结合可压缩气体Reynold 方程，构建了一种流固耦合算法。

同时结合具体算例，对比研究了弹性箔片气体轴承和刚性气体轴承的气膜压力分布及气膜厚度分布，发现两者分布形状相似，但弹性箔片气体轴承气膜压力的最大值较小，轴向平分面处的最小气膜厚度较大；偏心率一定时，弹性箔片气体轴承的摩擦力矩小于刚性气体轴承摩擦力矩，且气体端泄流量大于刚性气体轴承，故弹性箔片气体轴承运行时的摩擦力矩较小，发热较小，且散热较快；偏心率一定时，增大波箔厚度（t B ）和减小波箔波距（s ）可减小轴承量纲为一的最小气膜厚度，并减小轴承偏位角，而减小t B 和增大s 时则可减小轴承摩擦力矩，有利于降低摩擦功耗，减少摩擦热，且可增大轴承气体端泄流量，有利于散热。

关键词：箔片轴承；波箔变形；数值计算；润滑性能中图分类号：TH133.35；TH117.2文献标志码：A气体箔片轴承是一种较为新型的轴承，特别适用于高速透平机这类机械[1]，它的结构有多种不同的型式，其中波箔型气体箔片轴承应用最为广泛[2]。

波箔型气体箔片轴承主要由壳体、波箔片（底箔）、平箔片（顶箔）3部分组成[3]，工作过程中，气膜压力的产生将使波箔产生弹性变形，目前在箔片轴承的性能计算中鲜有人对这种弹性变形进行深入的研究。

Walowit 和Anno [4]于1975年首次从理论上分析了波箔型气体箔片轴承的结构，建立了箔片弹性模型，将箔片的弹性系数代入一维雷诺方程，研究了轴承的静态性能。

波箔式气体轴承气膜流场分析

２１０１年９月第３６卷第９期
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＯＮＩＥＮＣＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｓｐ．０１ｅ２１Ｖｏ．６Ｎｏ９１３．
Ｄ：１．９９ｊｉｎ０５０５．０１０．１ＯＩ０３６／．ｓ．２４— １０２１．９０８ｓ
ｌａａｅｅｆｃ，ｓｄｖｌｐｄｔｂａｎｄｓｒｂｔｏｆｐｅｓｒ，ｅｏｉｆｇｓｆｌｂｓｎｒｓｕｅｆｒｆｅｄｂｕｄｒｅｋｇｆｔｗａｅｅｏｅｏｏｔｉｉｔｕｉｎｏｒｓｕｅｖｌｃｔｏａｍｙｕｉｇｐｅｓｒａ — ｌｏｎａｙｅｉｙｉｉ
ｎｇｔｅｐｅｓｒｉｏｅａｈｎｆｂａｉｇ；ｈｘａｓｉｇｐｏｅｓａｄａｒｓｃｉｎｐｏｅｓｏｈｗｏｅｄｒｎｅｅａｉｒｓｕｅａｒｚｎｔｔｅｅｄｏｅｒｎｔｅｅｈｕｔｎｒｃｓｎｉ—ｕｔｒｃｓｆｔｅｔｎｓａｅｉｄ — ｖｏ
波箔式气体轴承气膜流场分析
夏新沛刘文琰陈巍何平郭宝亭
北京１０９）０１０
（．中国科学院工程热物理研究所１
北京１０９；２力远场条件下，考虑气体可压缩性、平箔变形和端泄效应的箔片轴承三维气膜流场，得到轴承气膜压力和速度分布。刚性气体轴承的压力分布结果与文献结果吻合很好。研究考虑平箔变形情况下的承载力、端部泄漏流量等随转速和偏心率的变化关系，结果发现：在轴承端部存在出气的正压区和进气的负压区，与之前的文献端部为大气压的模拟结果不同；轴承两端的进气、出气是独立的，中心截面的流量为０；平箔变形使箔片轴承端部泄漏质量流量

新型箔片动压气体轴承气膜承载力研究

ISSN 1Q Q Q -3762 轴承2018 年4期CN41 -1148/TH Bearing 2018, No. 427-31DOI：10.19533/j. issnlOOO -3762.2018.04.009新型箔片动压气体轴承气膜承载力研究任晓乐1，董小瑞1，张学清1，刘思蓉1，靳碟2(1.中北大学能源动力工程学院，太原030051 ;2.中国北方发动机研究所，天津300000)摘要:以箔片动压气体轴承为研究对象，针对箔片的结构特点进行轴承结构设计与改进。

考虑气体可压缩性对轴承动力学特性的影响，利用f l u e n t软件模拟轴承内气膜的二维、三维流场分布，分析轴承气膜的承载力变化情况。

以刚性气体圆轴承为比较对象,改变箔片的结构参数，获得不同结构的箔片动压气体轴承的承载特性变化规律。

结果表明:波宽相同的情况下，全波箔片轴承与上波箔片轴承的承载力随波高的增大而下降，下波箔片轴承的承载力随波高的增大而增大直至平缓，且远大于其他类型的箔片轴承。

关键词:箔片动压气体轴承;气膜流场;承载特性中图分类号:TH133.37;0354 文献标志码：B 文章编号= 1000 -3762(2018)04 -0027 -05 Research on Load Capacity of Gas Film for New Foil Gas Dynamic BearingsREN Xiaole1,DONG Xiaorui1,ZHANG Xueqing1,LIU Sirong1,JIN Rong2(1. School of Energy Power Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China；2. China North EngineResearch Institute, Tianjin 300000, China)Abstract：Taking the foil gas dynamic bearings as research objects, the structural design and improvement of the bearings are carried out according to structural characteristics of foil. Considering influence of compressibility of gas on dynamic characteristics of the bearings, the Fluent is used to simulate distributions of two and three dimensional flow field of gas film inside the bearings, and the variation of load capacity of gas film is analyzed. Taking the rigid gas bearing as comparable objects, the structural parameters of foil are changed to obtain change rule for load characteristics of foil gas dynamic bearings with different structures. The results show that under same foil width, the load capacity of full foil bearings and upper foil bearings decreases with the increase of foil height. The load capacity of lower foil bearings increases until smooth with the increase of foil height, and which is far more than that of other types of foil bearings.Key words ：foil gas dynamic bearing ；flow field of gas film ；load characteristic箔片动压气体轴承由于在一些超高温、超低温等极端环境条件下可保持高速、高精度、无污染等优势，在工业涡轮机械方面引起极大地关注[1]。

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

ＡｅｏｙａｃＪｕｎｌａｉｇａｅｎＥｌｓｉｈｌＭｏｅｒｄｎｍｉｏｒａＢｅｒｎｓＢｓｄｏａｔＳｅｌｃｄｌ
ＬｕＳｉｉｇＭａＸｉｈｉｘｎｚｉ
（ｏｅｅｆｅｈｎａａｄＥｅｔｎｃｌｎｉｅｎ，ａｊｇＵｉｒｔｏＡｒｎｕｉｎＣｌｇｃａｉｌｎｌｒｉｇｅｒｇＮｎｉｎｖｓｙｆｅａｔｓｄｌｏＭｃｃｏａＥｎｉｎｅｉｏｃａＡｔｎｕｃ，ａｊｇｉｇ１０６ＣｉａｓｏａｔｓＮｎｉａｓ２０１，ｈｎ）ｒｉｎＪｎｕ
ｃｅｔｗｉｈａｅｆｎｔｎｆｅｃｎｒｉｔ，ｏａｉｇｓｅｄａｄｗｉｒｑｅｃｆｔｅｊｕｎ１Ｉｄｉｏｔｅｅｃｅ — ｉｎｓｈｃｕｃｉｓｏｃｅｔｃｔｒｉｒｔｔｐｅｎｈｒｆｕｎｙｏｒａ．ｎａｄｔｎ，ｓｏｆｒｏｉｙａｏｎｌｅｈｏｉｈｉ
ｃｅｔｉｈｃｎｂｓｄｄｒｃｌｎａｃｉｉａｐｅａｃｌｔｎｏｎａａｃｅｐｎｅｃｌｕａｉｎａｄｉｔｂｌｔｎｉｎｓｗｈｃａｅｕｅｉｅｔｙｉｒｔｌｓｅｄｃｌｕａｉｒａｕｂｎｅｒｓｏｓａｃｌｔｏｎｎａｓａｉｙｉ－ｃｏｎｌｉ
ｆｒｇｓｆｉｂａｉｇｙａｃｃｅｃｅｔａｃｌｔｎ．ｌｓｉｈｌｍｏｅｓｕｅｏｃｃｌｔｈｅｏｍａｉｎｏｈｏａｏｌｅｒｎｓｄｎｍｉｏｆｉｎｓｃｌｕａｉＡｎｅａｔｓｅｌｄｌｗａｓｄｔａｕａｅｔｅｄｆｒｔｆｔｅｉｏｃｌｏｂｍｐｆｉａｄｔｅｔｐｆｉ．ｅｆｉｅｄｆｅｅｃｔｏｎｈｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄｗｅｅｃｕｌｄｔｏｖｈｄ１ＴｅｕｏｌｎｈｏｏｌＴｈｎｔｉｒｎｅｍｅｈｄａｄｔｅｆｉｅｅｅｎｔｏｒｏｐｅｏｓｌｅｔｅｍｏｅ．ｈｉｆｉｄｎｍｉｈａｔｒｓｉｓｏｅｇｓｆｉｂａｉｇｒｂａｎｄ．ｉｈｅｕｔｏａｅｏｔｅｐｂｉｈｄｅｐｒｍｅｔｌｄ — ｙａｃｃａｃｅｔｃｆｔａｏｌｅｒｎｓｗｅｅｏｔｉｅＷｔｔｅｒｓｌｃｍｐｄｔｈｕｌｅｘｅｒｉｈｈｓｒｓｉｎａａ

弹性支承箔片动压气体径向轴承的实验研究

关键词：气体轴承；动压气体轴承；箔片轴承
中图分类号：Ｔ１７文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（００６— ０ — Ｈ１２４— １０２１）０１４
ＥｐｒｍｅｔｌＳｕｙｏｈｍｐｉｎｏｌｏｒａａｎｘｅｉｎａｔｄｎｔｅＣｏｌｔＦｉＪｕｎｌＢｅｒｇａｉ
ｄｎｍｉｔｓｆｔｉｃｍｐｉｎｏｕａｂａｉｇｗｔｌｔｕｐｒｗｒｏｄｃｅ．Ｅｐｒｎａｒｓｌｄｃｔａｙａｃｅｔｏｓｏｌｔｉｊｒｌｅｒｈｅａｉｓｐｏｔｅｅｃｎｕｔｄｘｅｉｔｅｕｔｉｉａｅｔｔｓｈａｆｌｏｎｎｉｓｃｍｅｌｓｎｈ
（ｈｏｉｏｋｇｓｅｄｉａｏｔ００ｍｎｔｅｏｍａｄｍｔ５０ｍｎａｄｔｅｏｒａｓｓ９）ＩＣｔｅｍｎｗｒｉｅｂｕ６４０ｒｉ，ｕｌｉｅｅｉ２．ｌｎｔｓｉ８１．ｔａｎｌａｎｐｓ１／ｈｊａｒｓｈｒｏｍｇｎ
ｔｅＣＦｐｅｅｔｄｈｒｆｅｒｆｒｂｅｓｓｅｄｎｍｉｎｔｉｔｅｆｒｎｃｎａｄｑａｅｄｐｎｏｅｆｃｉｅｙｈＢｒｓｎｅｅｅｏｒｐｅｅａｌｙｔｍｙａｃａｄｓａｌｙｐｒｏｍａｅａｄｈａｅｕｔａｉｇｔｆｔｌｓｂｉｓｍｅｖｒｄｃｈｏｓｂｌｙｏｅｆｅｃｔｄａｄｆａｔｏａｒｑｅｃｉ１Ｉａｅｃｎｒｄｔａｅａｐｉａｉｎｏｈｓｔｐｆｅｕｅｔｅｐｓｉｉｉｆｓｌ－ｘｉｎｒｃｉｎｆｅｕｎｙｗｈｒ．ｔｃｎｂｏｆｍｅｔｔｐｌｔｆｔｉｙｅｏｔｅｌｉｈｈｃｏ

基于流固耦合的箔片气体轴承动态特性分析

基于流固耦合的箔片气体轴承动态特性分析作者：贾晨辉刘书明刘恒马文锁李东东张飞来源：《振动工程学报》2024年第03期摘要基于有限元软件ANSYS Workbench，建立箔片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，探讨了不同转速和波箔片结构参数（波箔片的长度比、高度以及厚度）对轴承动态特性的影响规律。

仿真结果表明：转速增加，轴承的承载能力增加，但稳定性有所下降，更容易发生失稳现象；选取波箔片的长度比在1～1.5之间、厚度为0.16 mm，既可以保证轴承具有较高的刚度，同时又能获得较大的阻尼；波箔片高度与轴承动态特性成反比关系。

将仿真结果与试验结果进行对比，验证了仿真计算方法的正确性和有效性。

同时本文的研究为优化波箔片结构，改善轴承动态特性，提高轴承运行稳定性提供理论依据。

关键词箔片气体轴承; 流固耦合; 波箔片结构参数; 动态特性; 仿真引言箔片气体轴承是目前研究和使用最多的动压轴承，其具有显著的性能优势，例如：自作用，安全运行，无外部加压要求。

由于其以空气作为润滑剂从而减少了润滑装置，且节省了维护成本，因此在航空、航天等领域得到了广泛应用。

随着研究的不断深入，其在医疗器械和船舶等领域的应用也有重大突破［1‑2］。

李昊等［3］采用有限差分法和小扰动法，分析了箔片气体轴承中箔片安装位置对轴承的静/动态特性的影响，认为安装位置存在一“敏感”区间，在该区间内轴承的稳定性会受到严重影响，且该位置区间在数值上与轴承的偏位角近似互补，因此箔片安装位置在偏位角对侧时，能有效提高轴承的稳定性。

梁波等［4］应用有限元理论提出了小柔度步计算方法，分析了不同平箔片厚度和不同波箔片弹性对轴承承载性能的影响，结果表明，波宽是影响轴承承载性能的重要参数，过小的平箔片厚度会引起气膜振荡。

Zhao等［5］基于有限元理论使用梁单元将平箔片和波箔片进行离散，建立了考虑摩擦接触情况下的箔片结构二维非线性模型，发现摩擦会导致箔片结构的变形发生迟滞效应，且会影响轴承能量的耗散。

箔片式空气轴承结构

箔片式空气轴承是一种常见的轴承结构，用于支撑旋转机械设备中的轴。

它由多个金属箔片组成，这些箔片形成一种径向间隙，通过在轴和轴承之间产生气膜来减小接触面积，从而减少摩擦和磨损。

箔片式空气轴承的结构通常包括以下几个主要部分：
1. 轴承壳体：由外壳和端盖组成，用于固定箔片和提供结构支撑。

2. 箔片：由薄金属片制成，呈波纹状或曲线状。

箔片的数量和形状可以根据轴承的负荷和运行条件进行设计。

3. 气源：通过气体供应系统，将压缩空气或其他气体注入到轴承中，以形成气膜。

4. 排气孔：位于轴承壳体上，用于排出压缩空气或其他气体。

箔片式空气轴承的工作原理是利用气膜的力学特性来实现轴与轴承之间的分离和支撑。

当气膜形成后，由于气体的压力作用，轴将浮起并保持在一定的离心位置，从而减少了接触面积和摩擦。

这种结构具有较低的摩擦损失、良好的自润滑性能和较高的转速能力。

箔片式空气轴承广泛应用于高速旋转设备，如涡轮机械、离心压缩机、发电机组等。

它们可以提供可靠的支撑和稳定的运行，并且对于降低噪音、振动和磨损具有显著效果。

1。

箔片式动压空气轴承试验研究

箔片式动压空气轴承试验研究
龙超;张跃春;彭锐涛;胡雨浓
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2022(44)1
【摘要】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,即转速要达到箔片式动压空气轴承的起飞转速。

为了减少轴颈与轴承的机械接触时间,确定电机加速时间,准确测定其起飞转速具有重要的工程意义。

提出了一种评判振动特征综合测定箔片式动压空气轴承起飞转速的方法,并对比分析出试验测定结果与箔片式动压空气轴承理论计算值基本一致,验证了理论计算方法的准确度,对于空气轴承的工程应用具有重要的意义。

【总页数】5页(P81-85)
【作者】龙超;张跃春;彭锐涛;胡雨浓
【作者单位】湘潭大学机械工程学院;中国航发湖南动力机械研究所;湖南慧风流体科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.35
【相关文献】
1.箔片式动压气体轴承在低温透平机械中的应用与研究
2.气体动压箔片径向轴承工程应用试验研究
3.波箔径向空气轴承起飞转速试验研究
4.双层鼓泡箔片动压气体止推轴承性能试验研究
5.气体动压箔片推力轴承仿真及试验研究
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箔片式动压空气轴承试验研究

ｓｕｐｐｏｒｔ. Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｓｕｐｅｒｉｏｒｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬ ｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄｔｕｒｂｉｎｅｍａｃｈｉｎｅｒｙꎬ ｈｉｇｈ￣ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｃｈｉｎｅ
ｔｏｏｌｓꎬ ａｖｉａｔｉｏｎꎬ ａｅｒｏｓｐａｃｅꎬ ｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅａｎｄｏｔｈｅｒｈｉｇｈ￣ｅｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｉｅｌｄｓ. Ｔｈｅｆｏｉｌｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃａｉｒｂｅａｒｉｎｇｕｓｅｓｔｈｅａｉｒ
摩擦故障状态ꎮ 当转速达到起飞转速之后ꎬ转子与轴
速为１６３９７ｒ / ｍｉｎꎮ
速、更高的运行效率、更大的ＤＮ值、更小的发热量ꎬ且
引言
支承刚度调节更灵活、高速稳定性好、高速运行产生的
箔片式动压空气轴承是一种以箔片为弹性表面的
温升可提高承载力等特点ꎬ近些年已逐比ꎬ其以空气作
透平机械、高精密机床以及航空、航天、国防等高端装
为润滑介质ꎬ摩擦力矩极小
与轴颈机械摩擦的时间及轴承承载力的参数确定具有
重要的工程意义ꎮ
国内外科研机构和高校的专家学者对箔片式空气
轴承做了大量研究工作ꎬ马斌等针对波箔箔片轴承转
子的振动特性及高速稳定性进行了实验研究 [７] ꎬ刘江
等通过分析波箔径向空气轴承在启动过程中的阻力矩
确定其起飞转速 [８] ꎬ杨利花等通过摩擦力矩和径向位
ＰＥＮＧＲｕｉＴａｏ１
ＨＵＹｕＮｏｎｇ３
(１. ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ ＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１１００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
(２. ＡＥＣＣＨｕｎａｎＡｖｉａｔｉｏｎＰｏｗｅｒｐｌａｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２０００ꎬ Ｃｈｉｎａ)

波箔式空气轴承箔片支承结构分析的研究进展

波箔式空气轴承箔片支承结构分析的研究进展刘文琰;夏新沛;陈巍;何平;郭宝亭【摘要】As the special part of air foil bearings,top foil and bump-type foil strip have a high impact on the performance of foil bearings. The progress of researches on calculations of stiffness made by domestic and foreign scholars was summarized, illustrates that how the effect of friction and stiffness distribution on the property of foil bearing was illustrated and the theory basis for trends in foil structure design was pointed out. The deformation of top foil which is used to be ignored was investigated.%箔片结构作为箔片气体轴承的特殊组成部分,对轴承性能的影响很大.总结国内外学者对箔片结构刚度的研究情况以及库仑摩擦、刚度分布影响箔片结构性能的机制,指出箔片轴承结构发展趋势的理论依据.对一直被忽略的平箔变形问题进行阐述和相应的机制分析.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2011(036)010【总页数】6页(P102-106,114)【关键词】箔片式空气轴承;箔片结构刚度;摩擦;刚度分布;平箔变形【作者】刘文琰;夏新沛;陈巍;何平;郭宝亭【作者单位】中国科学院工程热物理研究所,北京,100190;中国科学院研究生院,北京,100190;中国科学院工程热物理研究所,北京,100190;中国科学院研究生院,北京,100190;中国科学院工程热物理研究所,北京,100190;中国科学院工程热物理研究所,北京,100190;中国科学院研究生院,北京,100190;中国科学院工程热物理研究所,北京,100190【正文语种】中文【中图分类】TH133.35箔片气体轴承是一种利用空气作为润滑介质的滑动轴承。

仿生表面波箔气体推力轴承性能研究

仿生表面波箔气体推力轴承性能研究
波箔气体轴承是一种柔性表面轴承,按其承受径向还是轴承载荷分为承受径向载荷的波箔气体径向轴承和承受轴向载荷的波箔气体推力轴承。

波箔气体轴承被广泛应用于高速旋转机械。

由于箔片表面的磨损严重制约着箔片的使用寿命,为解决这一问题,借鉴荷叶等生物表面织构具有良好润滑性能这一特点,作者提出一种仿生表面波箔气体推力轴承,即在静止的平箔上加工按一定规律分布的表面织构,利用其二次动压效应解决箔片磨损问题。

本文采用理论和实验相结合的研究方法。

理论研究方面本文建立了仿生表面波箔气体推力轴承的数学模型,包括考虑表面织构和箔片弹性变形的膜厚方程,以及考虑表面织构的压力分布模型,并采用Matlab编程数值求解出气膜压力分布。

在此基础上探究了矩形凹坑深度、面积率对轴承承载力的影响。

结果表明,在轴承平箔上做合适的表面处理,在理论上可以获得额外的流体动压润滑效果,此外,矩形凹坑深度、面积率对轴承气膜压力分布有显著影响,而矩形凹坑长宽比对轴承气膜压力分布几乎没有影响。

实验研究方面,加工了轴承波箔和织构化平箔,探究出采用光刻微细电解加工法在平箔表面加工表面织构的加工工艺,并对所加工表面织构的结构尺寸进行了表征。

随后搭建了轴承实验台,对轴承性能进行了测试,测试了轴承各阶段的摩擦力矩,轴承位移和温度,比较了无织构轴承和有织构轴承的性能差异。

波箔箔片动压气体轴承的实验研究

波箔箔片动压气体轴承的实验研究
马斌，孙皖，赖天伟，郑越青。，陈双涛，侯予
（１．西安交通大学能源与动力工程学院，７１００４９，西安；
２．中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，６２１９００，四川绵阳）
速达到９．３万ｒ／ａｉｒｎ时转子的最大振幅均小于２０ｍ，波箔轴承表现出了良好的刚度和阻尼特性，
可有效抑制２５ｍｍ的高速透平膨胀机转子的涡动。关键词：动压气体轴承；箔片；透平膨胀机；实验研究
ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ６２１９００，Ｃｈｉｎａ）
第４８卷
第１
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ ’ ＡＮＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏ１．４８ＮＯ．１
２０１４年１月
Ｊａｎ．２０１４
ＤＯＩ：１０．７６５２／ｘｊｔｕｘｂ２０１４０１０２０
制氧机用高速透平膨胀机，研究了箔片支承高速透平转子的振动特性及稳定性。实验结果表明：波箔弹性元件的刚度是轴承性能的重要影响因素之一，０．０５ｍｍ波箔刚度小，柔性变形裕度较大，可

气体轴承的理论分析与实验设计

Keywords： bump foil, top foil, aerodynamic gas bearings, elastic deflection， stiffness and damp characteristics
ii
南京航空航天大学硕士学位论文
图清单
图 1.1 气体轴承的三种形式 ...............................................................................2 图 1.2 箔片动压气体轴承的四种结构 ...............................................................4 图 1.3 波箔动压径向气体轴承结构图 ...............................................................4 图 2.1 弹性箔片受压变形图 ...............................................................................8 图 2.2 平箔变形分析图 .......................................................................................9 图 2.3 无量纲量平箔受力分析图 .....................................................................10 图 2.4 平箔上作用任意形式载荷的情况 .........................................................11 图 2.5 波箔受力情况分析 .................................................................................11 图 2.6 合变形挠度分析 .....................................................................................14 图 3.1 气流分析模型 .........................................................................................15 图 3.2 轴承运转平稳时各部分变量 .................................................................17 图 3.3 差分网格图 .............................................................................................19 图 3.4 气体轴承边界条件 .................................................................................21 图 3.5 局部坐标下结点分布 .............................................................................22 图 3.6 波箔轴承箔片受力示意图 .....................................................................24 图 3.7 静特性计算程序总流程图(a)与弹性变形子程序流程图(b) ................26 图 3.8 刚性轴承与波箔轴承膜厚比较(a)、压力比较(b) ................................27 图 3.9 轴承数对气膜间隙(a)和压力的影响(b) ................................................27 图 3.10 气膜厚度随偏心率变化图 ...................................................................28 图 3.11 气体轴承总体压力图(a)与受压区压力分布平面图(b) ......................28 图 3.12 波箔上各个波的变形 ...........................................................................29 图 3.13 平箔总体变形(a)与相邻两平箔段变形情况(b) ..................................29 图 3.14 气体轴承总体膜厚图(a)与受压区膜厚分布平面图(b) ......................30 图 3.15 不同长径比下波箔变形比较(a)与平箔变形比较(b) ..........................30 图 3.16 偏位角随偏心率变化图 .......................................................................31 图 3.17 不同偏心率下轴承数对承载的影响 ...................................................31 图 3.18 不同偏心率下波箔变形的比较 ...........................................................32 图 3.19 不同偏心率下两相邻平箔段变形比较 ...............................................32 图 3.20 轴承工作时平箔导热图 .......................................................................36 图 3.21 热流体静特性计算总流程图(a)与温度计算子程序流程图(b) ..........37 图 3.22 轴承工作区温度变化图(a)与工作区温度分布平面图(b) ..................38

波箔箔片动压气体轴承的实验研究

波箔箔片动压气体轴承的实验研究马斌;孙皖;赖天伟;郑越青;陈双涛;侯予【摘要】为满足透平机械高速可靠运转的需求,设计了一种波箔型箔片轴承,其基本结构由柔性平箔和支承平箔的弹性波箔组成.在气体轴承-高速低温透平膨胀机实验台上对波箔箔片动压气体轴承进行了实验,实验中采用压缩空气驱动透平转子,以功率75 kW的阿特拉斯螺杆压缩机作为供气源,从而获得了0.1～1.15 MPa、标准工况下最高流量为600 m3/h的压缩空气.将波箔厚度为0.05 mm及0.07 mm的2种箔片动压气体径向轴承,应用于主轴Φ25 mm的标准工况下150 m3/h制氧机用高速透平膨胀机,研究了箔片支承高速透平转子的振动特性及稳定性.实验结果表明:波箔弹性元件的刚度是轴承性能的重要影响因素之一,0.05 mm波箔刚度小,柔性变形裕度较大,可以抑制转子不稳定涡动,透平膨胀机转子最高转速达93 366r/min;0.07 mm波箔刚度较大,柔性变形裕度相对较小,当最高转速达到93 161r/min时转子出现涡动.2种波箔厚度的轴承最高转速达到9.3万r/min时转子的最大振幅均小于20μm,波箔轴承表现出了良好的刚度和阻尼特性,可有效抑制Φ25 mm的高速透平膨胀机转子的涡动.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2014(048)001【总页数】5页(P118-122)【关键词】动压气体轴承;箔片;透平膨胀机;实验研究【作者】马斌;孙皖;赖天伟;郑越青;陈双涛;侯予【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,621900,四川绵阳;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TH117.2为满足航空航天、能源动力工程领域技术发展的需求,对高速转子轴承润滑技术提出了更高的要求。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建一、引言气体箔片轴承是一种采用气体动压原理支撑转子的轴承，在高速旋转的条件下，具有低摩擦、低磨损、高速度和高旋转精度等特点。

由于气体箔片轴承在高速旋转时承受的载荷和冲击较大，因此需要进行高速重载测试，以评估其性能和可靠性。

本文将讨论关于气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建的相关内容。

二、气体箔片轴承高速重载测试气体箔片轴承是一种用气体动压原理支撑转子的轴承，其设计和制造对于高速旋转的要求非常高。

因为在高速旋转时，轴承需要承受相当大的冲击和压力。

进行高速重载测试可以评估其性能和可靠性。

高速重载测试一般包括静态载荷测试、动态载荷测试和振动测试。

静态载荷测试是对轴承进行一定载荷的静态加载，以评估其承载能力和变形情况；动态载荷测试则是对轴承进行动态载荷的测试，以评估其在高速旋转条件下的性能；振动测试则是对轴承进行振动测量，以评估其在高速旋转条件下的稳定性和可靠性。

三、气体箔片轴承高速重载实验台搭建气体箔片轴承高速重载实验台一般包括转子、气体供应系统、载荷系统、振动传感器等部分。

转子是整个实验台的核心部分，需要具备高速旋转的能力和载荷承受能力；气体供应系统是提供气体支撑力的部分，需要具备稳定的气体供应和调节能力；载荷系统是对轴承进行静态和动态载荷测试的部分，需要具备可控的载荷施加能力；振动传感器是用于对轴承进行振动测试的部分，需要具备高灵敏度和精准的测量能力。

在搭建气体箔片轴承高速重载实验台时，需要注意以下几点：首先是转子的选用，转子需要具备高速度和高载荷承受能力，通常选用高强度的材料制造；其次是气体供应系统的设计，需要具备稳定的气体供应和调节能力，通常采用高精度的气体调压器和流量控制器；再次是载荷系统的设计，需要能够对轴承进行不同程度的静态和动态载荷测试，通常采用液压或机械加载系统；最后是振动传感器的选用，需要具备高灵敏度和精准的测量能力，通常选用高精度的振动传感器和数据采集系统。

波箔式气体轴承气膜流场分析

波箔式气体轴承气膜流场分析夏新沛;刘文琰;陈巍;何平;郭宝亭【摘要】A three-dimensional bearing model,considering compressibility of air,top foil deformation and real ending leakage effect, was developed to obtain distribution of pressure, velocity of gas film by using pressure far-field boundary condition. The result of pressure distribution of rigid bearing was compared with reference result and reasonable agreement was attained. The influences of rotor speed and eccentricity on load capacity, ending leakage mass flow rate were investigated considering top foil deformation. The results show that there are exhausting positive pressure air zone and air-suction negative pressure air zone at the end of bearing; the exhausting process and air-suction process of the two ends are independent , that is, the air mass flow of central cross-profile is zero; top foil deformation increases ending leakage mass flow rate,but decreases load capacity.%模拟在压力远场条件下,考虑气体可压缩性、平箔变形和端泄效应的箔片轴承三维气膜流场,得到轴承气膜压力和速度分布.刚性气体轴承的压力分布结果与文献结果吻合很好.研究考虑平箔变形情况下的承载力、端部泄漏流量等随转速和偏心率的变化关系,结果发现:在轴承端部存在出气的正压区和进气的负压区,与之前的文献端部为大气压的模拟结果不同；轴承两端的进气、出气是独立的,中心截面的流量为0；平箔变形使箔片轴承端部泄漏质量流量变大,承载力变小.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2011(036)009【总页数】5页(P77-81)【关键词】气体轴承;端泄效应;端部泄漏质量流量;承载力【作者】夏新沛;刘文琰;陈巍;何平;郭宝亭【作者单位】中国科学院工程热物理研究所北京100190;中国科学院研究生院北京100190;中国科学院工程热物理研究所北京100190;中国科学院研究生院北京100190;中国科学院工程热物理研究所北京100190;中国科学院工程热物理研究所北京100190;中国科学院研究生院北京100190;中国科学院工程热物理研究所北京100190【正文语种】中文【中图分类】TH133.37波箔式气体轴承由于采用空气润滑，具有高转速、低功耗的特点;同时由于弹性箔片的自适应性，设计合理的气体轴承具有很好的稳定性;此外气体轴承还具有耐高低温［1］等特点，但承载力有限仍然是限制其应用的重要原因。

三瓣式气体箔片径向轴承的静动态特性

三瓣式气体箔片径向轴承的静动态特性冯凯;胡小强;赵雪源;李文俊【摘要】A novel three-pad gas foil bearing was analyzed herein.The stiffness was modeled by considering the Coulomb's friction.The static and dynamic characteristics of the bearing were obtained by solving the Reynolds equation.The effects of rotor speed,load,pad preload and installation angle on the bearing performances were discussed.Static results indicate that the preload may increase the load capacity significantly especially at high rotor speed.The installation angle effecting on the load capacity is based on the law of sine/cosine rules.With the increasing of rotor speeds,the installation angle corresponding to the maximum load capacity decreases constantly,and stabilizes at 70°eventual-ly.Dynamic results show that the direct stiffness increases significantly with the increasing of the pad preload.However,the damping only has slightly variation.The installation angle effecting on the stiffness and damping is also based on the law of sine/cosine rule.And two direct stiffnesses show the trend of asynchronization with the increasing of installation angles.Meanwhile,two direct dampings also vary asynchronously.%针对一种新型三瓣式气体箔片轴承,考虑接触界面库仑摩擦后提出了相应的刚度计算模型,并通过求解动压气体润滑Reynolds方程,计算并分析了轴承的静态特性和动态特性.研究了转速、载荷、轴承预载和轴承安装角对该轴承静动态特性的影响.静态特性方面,轴承预载可以较大程度地提高承载能力,且高转速下承载能力更强;安装角度对承载能力的影响呈正/余弦规律变化,且随着转速增大,最大承载能力所对应的安装角不断减小,并最终稳定在70°.动态方面,轴承动态直接刚度随预载增大而显著增大,阻尼变化较小;轴承动态刚度和阻尼随安装角的变化也表现为正/余弦规律,且随安装角的增大,两直接刚度和两直接阻尼分别呈异步变化趋势.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2017(028)015【总页数】10页(P1826-1835)【关键词】气体箔片轴承;静态特性;动态特性;轴承预载;安装角【作者】冯凯;胡小强;赵雪源;李文俊【作者单位】湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】TH133.35气体箔片轴承以其高速、无油、耐高温和效率高等显著优点在航空航天及民用等领域获得了广泛运用，如飞机上的空气循环机(air cycle machine)[1-2]、涡轮交流发电机[3]、涡轮增压器[4-5]等。

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建径向气体箔片轴承是一种常见的高速轴承，通常用于高速旋转设备中，如涡轮机、风力发电机等。

为了验证其在高速和重载工况下的性能，需要进行高速重载测试。

本文将对径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建进行介绍。

一、径向气体箔片轴承的特点径向气体箔片轴承是一种无润滑、无接触的轴承，主要通过气体的压力和惯性来支撑旋转部件。

其主要特点包括：1. 高速性能优异：由于无接触、无摩擦，径向气体箔片轴承适用于高速旋转设备，其额定转速通常为几万转/分钟。

2. 无润滑设计：与传统的润滑轴承不同，径向气体箔片轴承不需要润滑油或润滑脂，因此减少了维护成本和对环境的影响。

3. 重载性能较好：虽然无接触，但径向气体箔片轴承可以承受一定的径向和轴向负载，适用于一些高载荷的工况。

三、径向气体箔片轴承高速重载测试方法1. 实验条件准备：确定测试的旋转速度范围、载荷范围，以及测试环境的温度、湿度等条件。

2. 搭建测试台：搭建径向气体箔片轴承高速重载测试平台，包括旋转部件、负载装置、传感器等设备。

3. 测试数据采集：通过传感器采集轴承的旋转速度、温度、振动等数据，以及承载力、刚度等性能指标。

4. 数据分析与评估：对采集的数据进行分析，评估轴承在不同条件下的性能表现，确定其高速重载工况下的承载能力和稳定性。

1. 实验台结构设计：实验台由主轴、气体箔片轴承、负载装置、传感器、控制系统等组成。

主轴通过电机驱动旋转，气体箔片轴承承载旋转部件，负载装置可施加不同的径向和轴向载荷，传感器用于采集各项数据，控制系统对实验进行控制和监测。

2. 主轴设计：主轴采用高精度加工的轴承座，以确保轴承的安装精度和旋转平稳性。

同时要考虑轴承的冷却和密封设计，以保证实验的稳定性和安全性。

3. 气体箔片轴承安装：气体箔片轴承采用特殊设计的轴承座和支撑结构进行安装，在安装过程中需严格控制轴承的装配误差，以保证实验的准确性。

4. 负载装置设计：负载装置能够施加不同大小的径向和轴向负载，实现对轴承在高速重载工况下的性能测试。