新型径向与推力气体动压箔片轴承的性能预测

发布时间：2020-05-26 07:31

【摘要】：气体箔片轴承凭借其高速、高效、无油、免维护等突出性优点已在空压机、空气循环机等高速旋转机械中得到了较为广泛的应用。气体箔片轴承主要由轴承体、顶箔和弹性支承结构组成,分为径向轴承和推力轴承两大分支发展。为了能拓宽气体箔片轴承的应用范围和应用领域,需要在轴承结构、稳定性和加工工艺上有不断的创新和发展。本文针对新型的气体箔片径向轴承和推力轴承分别提出相应的理论模型,并对其结构特点、静动态特性和热弹流特性进行了分析。本文的主要研究内容和成果如下:根据新型三瓣式气体箔片径向轴承的结构特点,将其弹性支承箔片简化成由两根刚性杆和一根水平弹簧组成的结构模型,然后根据受力分析和能量法求解了支承箔片的等效垂直刚度。对顶箔建立起二维有限壳单元模型。联立可压缩气体Reynolds方程和箔片变形方程,耦合求解气膜压力分布情况,进而得到新型三瓣式气体箔片径向轴承的静动态特性。通过对结果进行分析,研究了气体箔片径向轴承和等尺寸刚性轴承的性能差异;分析了轴承预载和轴承安装角度分别对箔片径向轴承的静态性能和动态刚度、阻尼的影响,为该轴承的设计和应用提供了参考和指导;另外,研究了轴承动态参数随工作转速的变化情况,后续将其作为转子动力学模型的输入可以得到轴承转子系统特性。针对新型的叠片式气体箔片推力轴承,本文建立了适用于堆叠式支承结构的梁模型,用以计算其等效垂直刚度。推导了适用于推力轴承所在柱坐标系下的Reynolds方程,并使用有限差分法和微扰动法求解得到了叠片式气体箔片推力轴承的静动态特性。根据计算结果分析了支承结构的刚度分布情况,并据此解释了二次楔形效应和气压双峰现象;研究了最小气膜厚度与轴承静动态特性的关系;探讨了不同楔形高度对推力轴承承载能力、摩擦力矩和动态刚度阻尼的影响情况,从理论层面上指导设计中对于该重要轴承参数的确定。在考虑叠片式气体箔片推力轴承的气膜剪切产热效应后,建立了推力轴承的非等温气体Reynolds方程及其能量方程;并在充分分析推力轴承的传热路径后,搭建了推力轴承各元件的热阻模型。通过数值仿真模拟得到了轴承气膜各点位置的温度情况;研究了轴承载荷和转速对轴承各元件温度的影响;分析了箔片内通入冷却气流后对轴承温度的影响效果。
【图文】：

示意图,箔片,径向轴承,气体

相关理论和实验研究也在不断更新和丰富，可预片径向轴承结构类型片径向轴承的发展和应用，其轴承结构根据多样种形式，主要分为下面几种类型：式径向轴承箔片径向轴承可以算是最早有所应用和研究的箔中。其结构由轴承体、三块柔性箔片、导向销和整箔片的张紧状态，轴承如图 1.1 所示。由于转导致的不对中都可以使得转子与箔片之间形成楔体进入楔形区压缩，，产生高压，支承转子运转。相对较低，且箔片长期处于张紧状态，大大降低到了严重阻碍，后逐渐被其他类型轴承所取代[17

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新型径向与推力气体动压箔片轴承的性能预测片径向轴承由 AiResearch 公司研制出来，并机，其结构如图 1.2 所示。多叶式气体箔片轴承体两个部分。由于轴承箔片存在预载，在已形成楔形区域，有利于轴承起飞。后期，音 767、757 机型的 ACM 当中，其轴承结构弹簧支承，以增加其承载能力。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3

【参考文献】