鼓泡型箔片动压止推气体轴承结构变形的数值研究
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。
弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究
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维普资讯
２０ ０ ６年 ５月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩ ＣＡＴ ＯＮ Ｉ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＣ
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第 ５期 （ 总第 １７期 ） ７
Ｎｏ ５ （ ｅｉｌ ． ７ ． ｓｒ ａ Ｎｏ １７）
弹 性 箔 片 动 压 气 体 推 力 轴 承 承 载 性 能 研 究
中图分类号：Ｔ １３３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ： ２４— １０ （０ ６ Ｈ３．７ ０ ５ ０ ５ ２ ０ ）５— ０ — ０１ ４
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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 ：Ｔ １７ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：０ ５ ０ ５ （０ ０ ６— ０ — Ｈ１ ２ ４— １０ ２ １ ） ０１ ４
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【国家自然科学基金】_箔片轴承_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
科研热词 推荐指数 波箔型径向气体箔片轴承 2 多层结构 2 鼓泡箔片 1 高速透平机械 1 透平膨胀机 1 轴承极限承载力 1 轴心轨迹 1 起飞转速 1 试验台设计 1 箔片轴承 1 箔片气体轴承 1 箔片 1 稳定性 1 流固耦合 1 气体轴承 1 止推气体轴承 1 极限承载力试验 1 有限差分法 1 有限单元法 1 振动幅值 1 库伦摩擦效应 பைடு நூலகம் 平箔片温度 1 实验研究 1 可调刚度 1 动压轴承 1 动压气体轴承 1 动压 1
科研热词 箔片轴承 气体轴承 动压气体轴承 透平膨胀机 箔片变形 箔片厚度 波箔型气体径向轴承 壳体单元
推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
科研热词 高速透平膨胀机 轴承性能 箔片动压气体轴承 波箔型气体径向轴承 有限单元法 最小气膜厚度 承载力 二维厚板模型
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
2013年 科研热词 高速透平机械 静态特性 阻尼系数 轴承静刚度 轴承承载力 表面粗糙度 箔片轴承 箔片动压气体轴承 电磁轴承 波纹箔片刚度 波箔型径向气体轴承 油润滑 机械振动 有限单元法 摩擦力矩 搜索算法 承载力分配 承载力 悬浮转速 径向箔片轴承 弹簧支撑 弹性支撑 库伦摩擦效应 多叶箔片轴承 多叶油润滑箔片轴承 固体润滑涂层 刚度系数 仿真 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
新型弹性箔片动压气体止推轴承的理论研究
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新型箔片动压止推气体轴承承载特性的试验研究
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（． １西安交通大学能源与动力工程学院 ， １０ ９ 西安 ； ． ７ ０４ 。 ２西安建筑科技大学环境 和市政工程学 院， １０ ５ 西安 ） ７ ０５ ，
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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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 ，７ １ ０ ０ ４ ９ ， 西安 ；
２ ． 中 国 工 程 物 理 研 究 院机 械 制 造 工 艺 研 究 所 ， ６ ２ １ ９ ０ ０ ，四川 绵 阳 ）
速达 到 ９ ． ３万 ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ时转子 的 最大振 幅均 小 于 ２ ０ ｍ， 波 箔轴承 表现 出 了良好 的 刚度 和 阻尼 特 性 ，
可 有 效 抑 制 ２ ５ ｍｍ 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
Ｍａ ｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ａｃ ａ ｄｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｈｙ ｓ ｉ ｃ ｓ，Ｍ ｉ ａ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ，Ｓ ｉ ｃ ｈｕ ａ ｎ ６ ２ １ ９ ０ ０，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
第 ４ ８卷
第 １
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩ ’ ＡＮ Ｊ Ｉ ＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＹ
Ｖｏ １ ． ４８ ＮＯ ．１
２ ０ １ ４年 １ 月
Ｊ ａ ｎ ．２ ０ １ ４
ＤＯＩ ：１ ０ ． ７ ６ ５ ２ ／ ｘ ｊ ｔ ｕ ｘ ｂ ２ ０ １ ４ ０ １ ０ ２ ０
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 ． ０ ５ ｍｍ 波 箔刚 度 小 ， 柔性 变形裕 度 较 大 ， 可
平箔动压止推气体轴承的试验研究
＿ ｌ １
Ｍｏｅ ｄｌ
从箔 片轴承问世至今 ，箔 片止推轴承得到 了不断 发展 国外学者开发出了许 多不 同结构型式的箔片 止 推轴 承 ，主要 有 螺旋槽 型 （ ｒ ｖ ｒｅ 、管 支 承型 Ｇｏ ｅＴ ｐ） ｏ （ ｕｕａ Ｔｂｌ 刑） ） ｒ ０ 、悬 臂 型 （ ａｔｅｅ Ｔｐ ） 及 波 箔 型 ｎ Ｃ ｎｌ ｒ ｙｅ ｉｖ （ｕ ｙｅ … 。在 国 内 ， 由 于 这 些 类 型 的 箔 片 轴 蕊 ＢｍｐＴ ） ｐ 其结构 和制作过于复杂 ，开发难度较大 ，仅 有少量单 位对波箔 型止推轴承作了一些研究工作 一为了开发 新颖 、实 用 的箔 片 止 推轴 承 ，深 入 开 展 以箔 片 止 推 动 压气体轴承的研 究 ，本文提 出了一种新型结 构的箔片 止推 动压气体轴 承 ，搭 建 了多功能止推轴 承试 验 台， 并 主要 针 对 其 承 载 力 性 能进 行 了初 步 的试 验 研 究 。 １ 新 型 平 箔 式箔 片 止 推 气体 轴 承 新 型 平 箔式 箔 片 止 推 气 体 轴 承 由 一 轴 承座 及 若 干 个 箔 片 ｈ
元 件 组 成 ．如 图 １ 、图 ２所 示 。
罔 ２ 部 分 试骑止推 箔 片轴承 及箔片 兀件
２ 止 推气 体 轴 承 试 验 台
轴 承 座 由 若 干轴 瓦 组 成 ，箔 片 元 件 固 定 在轴 瓦 上 箔 片 元 件 由两 层 粘 接有 若 干 细铜 丝 的 扇 形箔片组成 ；铜丝按照一定 方 囤 式 排列 ，两层箔片在末端 是粘 Ｉ 箔 片 止 推 气 体 轴 承轴 瓦 接 在 一起 的 ，轴 瓦 结 构 尺 寸 如
径 振动， 活 轴 端布 图 向 在 塞 前 置
一
梦 体 气轴
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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。
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]。
波箔式动压气体轴承特性的数值模拟
大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。
学位论文题目：波箔式动压气体轴承特性的数值模拟作者签名：日期：2020年6月5日大连理工大学硕士学位论文摘要波箔式动压气体轴承是一种具有广阔应用前景的新型轴承，已在许多高速旋转机械中得到应用，如汽车涡轮增压器、透平膨胀机、飞机空气循环系统等。
然而，这些应用产品的设计主要还依赖于实验分析，导致开发周期和开发成本较高，不利于产品的升级换代。
其原因在于波箔式动压气体轴承的支撑拱箔其与气膜压力存在强耦合作用，且自身结构之间有力的传递，再加上库伦摩擦力的存在，使得整个问题成为强非线性耦合问题，大大增加了计算难度。
本文首先运用有限差分法对Reynolds方程求解，对刚性表面动压气体轴承的静态性能和动态性能进行了模拟，并讨论了影响轴承性能的主要因素及作用规律，为分析波箔式动压气体轴承提供必要的基础。
然后在ABAQUS中建立了支撑拱箔结构的壳单元模型，将拱箔变形与气膜压力进行耦合，得到波箔式动压气体轴承的气膜压力分布、支撑拱箔结构变形分布和静态性能参数，并讨论影响静态性能的因素：偏心率和轴承数。
比较两种气体轴承的性能，对比结果说明波箔式动压气体轴承的偏心率高，摩擦力矩低，气体质量流量大，具有更好的自适应性和更低的能量损耗。
最后采用小扰动法，在静态特性基础上求解波箔式动压气体轴承的动态性能，并分析其影响因素及作用规律。
对比两种气体轴承的静、动态特性，分析波箔式动压气体轴承的优势及产生其优势的原因。
关键词：波箔式动压气体轴承；波箔；平箔；壳体单元；Reynolds方程-I-波箔式动压气体轴承性能分析Numerical Simulation on the Gas-lubricated Foil Journal BearingAbstractThe gas-lubricated foil journal bearing is a new type of bearing with broad application prospects,which has been used in many high-speed rotating machinery,such as automobile turbochargers,turboexpanders,and aircraft air circulation systems.However,the design of these application products mainly relies on experimental analysis,resulting in higher development cycle and development cost,which is not conducive to product upgrading.The reason is that the supporting arch foil of the gas-lubricated foil journal bearing has a strong coupling effect with the gas film pressure,and the strong transmission between its own structure,coupled with the existence of Coulomb friction,makes the entire problem a strong nonlinear coupling.The problem greatly increases the difficulty of calculation.This paper first uses the finite difference method to solve the Reynolds equation,simulates the static performance and dynamic performance of the rigid surface dynamic pressure gas bearing,and discusses the main factors affecting the bearing performance and the law of action.Provide the necessary foundation.Then,the shell element model supporting the arch foil structure was established in ABAQUS,and the deformation of the arch foil was coupled with the gas film pressure to obtain the gas film pressure distribution of the gas-lubricated foil journal bearing,the deformation distribution of the support arch foil structure and the static performance parameters.And discuss the factors that affect the static performance: eccentricity and number of paring the performance of the two gas bearings,the comparison results show that the gas-lubricated foil journal bearing has high eccentricity,low friction torque,large gas mass flow rate,better adaptability and lower energy loss.Finally, using the small disturbance method,the dynamic performance of the gas-lubricated foil journal bearing is solved on the basis of static characteristics,and its influencing factors and action rules are analyzed.The static and dynamic characteristics of the two gas bearings are compared,and the advantages of the gas-lubricated foil journal bearing and the reasons for their advantages are analyzed.Key Words：Gas-lubricated foil journal bearing;Bump foil;Flat foil;Shell;Reynolds equation-II-大连理工大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (3)1.1研究背景 (3)1.2波箔式动压气体轴承的研究意义及应用前景 (4)1.3国内外理论研究现状及发展方向 (5)1.3.1国外研究现状 (5)1.3.2国内研究现状 (7)1.4本文主要工作及章节安排 (8)2动压气体轴承的理论基础 (9)2.1动压润滑的基本原理 (9)2.2数学模型 (10)2.2.1Reynolds方程及其基本假设 (11)2.2.2边界条件 (12)2.2.3轴承特性参数的推导 (13)2.3数学模型的无量纲化处理 (15)2.4本章小结 (17)3刚性表面动压气体轴承的静态特性 (18)3.1有限差分网格划分 (18)3.2气膜厚度 (18)3.3Reynolds方程的有限差分离散化 (19)3.4计算流程与计算平台 (20)3.5静特性分析 (22)3.5.1宽径比对静态性能的影响 (23)3.5.2偏心率对静态性能的影响 (25)3.5.3轴承数对静态性能的影响 (26)3.6本章小结 (27)4刚性表面动压气体轴承的动态特性 (28)4.1动态气膜厚度 (28)4.2动态Reynolds方程 (29)4.3刚度和阻尼系数 (30)-1-波箔式动压气体轴承性能分析4.4计算流程 (32)4.5动特性分析 (33)4.5.1扰动频率对气体轴承动态性能的影响 (34)4.5.2轴承数对气体轴承动态性能的影响 (35)4.5.3静承载力对气体轴承动态性能的影响 (36)4.6本章小结 (38)5波箔式动压气体轴承特性分析 (40)5.1壳体有限元简述 (40)5.1.1板壳理论及假设 (40)5.1.2ABAQUS中的壳单元 (41)5.2支撑拱箔结构的有限元模型 (42)5.2.1支撑拱箔模型建模 (42)5.2.2支撑拱箔模型的前处理 (44)5.3波箔式动压气体轴承的静态特性 (45)5.3.1气膜厚度 (45)5.3.2计算流程与计算平台 (45)5.3.3支撑拱箔结构的应力和变形 (46)5.3.4偏心率对波箔式动压气体轴承静态特性的影响 (50)5.3.5轴承数对波箔式动压气体轴承静态性能的影响 (50)5.3.6波箔式动压气体轴承与刚性表面动压气体轴承的比较 (51)5.4波箔式动压气体轴承的动态特性 (53)5.4.1计算流程 (54)5.4.2扰动频率对波箔式动压气体轴承动态特性的影响 (54)5.4.3波箔式动压气体轴承与刚性表面动压气体轴承的比较 (55)5.5本章小结 (56)结论 (57)参考文献 (58)攻读硕士学位期间发表学术论文情况 (60)致谢 (61)大连理工大学学位论文版权使用授权书 (62)-2-大连理工大学硕士学位论文-3-1绪论1.1研究背景旋转机械在现代机械工业中占据重要地位，广泛应用在石化、低温工程、汽车和航空航天等各个领域。
箔片式动压空气轴承试验研究
ｓｕｐｐｏｒｔ. Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬ ｉｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｍａｃｈｉｎｅｒｙꎬ ｈｉｇｈ￣ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ
ｔｏｏｌｓꎬ ａｖｉａｔｉｏｎꎬ ａｅｒｏｓｐａｃｅꎬ ｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｆｅｎｓｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｈｉｇｈ￣ｅｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｉｅｌｄｓ. Ｔｈｅ ｆｏｉｌ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ａｉｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ａｉｒ
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１６ ３９７ ｒ / 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
ＰＥＮＧ ＲｕｉＴａｏ１
ＨＵ ＹｕＮｏｎｇ３
(１. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１１１００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
(２. ＡＥＣＣ Ｈｕｎａｎ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２０００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
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。
多叶箔片气体动压轴承静态特性研究
摘要：对箔片含有预变形的多叶箔片气体动压轴承进行研究,将箔片简化为弯曲梁,推导出多叶箔片的变形方程和考虑预变形后的气膜厚度方程。
在此基础上,运用牛顿-拉弗森迭代法以及有限差分法将雷诺方程进行离散化,并且将气膜压力和多叶箔片的变形进行双向耦合求解。
通过数值计算研究多叶箔片气体动压轴承气膜厚度和气膜压力的分布特点以及转速、偏心率、箔片厚度、长径比、轴承间隙、预变形运行和结构参数对轴承承载力的影响。
结果表明:通过减小轴承间隙或增大转速、长径比、预变形、偏心率可增大承载力,在箔片厚度为0.10m m时,轴承承载力最大。
箔片气体轴承具有无污染,自适应能力强,使用寿命长和运行稳定性良好等诸多优点,广泛应用于低温工程、国防和航空航天等领域,并发挥了重要作用[1-2]。
箔片气体轴承分为波箔型和多叶型(悬臂型)轴承等,多叶型轴承结构简单,加工工艺要求低,广泛应用在高速旋转的小型轻载机械上。
文献[3]通过引入辅助分析部件的方法,建立了含有大预紧效应的多叶箔片轴承的非线性接触模型,并将其进行完全的气弹耦合求解,结果表明此方法收敛性较好,并能很好地解决弹性箔片的非线性大变形扭曲和复杂载荷情况下的预紧问题。
文献[4-5]将多叶箔片轴承结构用到油润滑箔片轴承中,搭建了针对多叶箔片轴承的试验台,对五叶片油润滑的箔片轴承进行试验,在转速30×103r/m in时轴承仍能稳定运转,说明油润滑箔片轴承在高速运行时表现良好,具有较好的抵抗冲击能力以及良好的稳定性和适应能力。
文献[6]将多叶箔片油润滑轴承的刚度引入到轴承转子系统中,分析了轴承动态刚度对轴承转子系统的影响,并搭建试验台验证其结果,结果表明多叶箔片油润滑轴承对转子的升速适应能力强。
文献[7-9]提出一种带弹性支持结构的油润滑多叶箔片轴承,通过卡氏定理建立多叶箔片的变形模型对其进行求解,并搭建多叶箔片油润滑轴承的试验台,试验结果表明带弹性支持结构的轴承承载力、稳定性都优于无弹性支持结构的轴承。
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Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ａ ｌ Ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｆｏ ｉ ｌ Ｈｙ ｄｒ ｏ ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ
鼓 泡型 箔 片动 压 止 推 气 体 轴 承 结构 变形 的数 值 研 究
卢 攀 周 权 陈 汝 刚
陕西西 安 ７ １ ０ ０ ４ ９ ） （ １ ． 西安建筑科技大学环境与市政工程学 院 陕西西安 ７ １ ０ ０ ５ ５ ； ２ ． 西 安交通 大学能源与动力工程 学院
摘 要 ：针 对鼓 泡 型 箔 片动 压 止 推气 体 轴 承 的结 构 特点 ．应 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ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
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉ ｍｅ ｄ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｆ ｏ ｉ ｌ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｔ ｈ ｕｓ ｒ ｔ ｇ ａ ｓ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｅ ｍｉ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｘ
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２ ０ １ ７年 １ 月
润 滑 与 密 封
ＬＵＢＲＩ ＣＡＴＩ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ７
Ｖｏ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． １ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ４ — ０ １ ５ ０ ． ２ ０ １ ７ ． 叭． ０ １ ５
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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 。 关 键 词 ：结 构 刚 度 ；止 推气 体 轴 承 ；鼓 泡 型箔 片
ｆ ｏ ｉ ｌ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ａ ｉ ｒ ｎ ｇ ｗ ａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｌ ｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ．
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