基于接触力学的箔片气体动压止推轴承承载特性的研究

发布时间：2020-06-02 04:16

【摘要】：箔片气体动压轴承是一种采用弹性结构作为支撑的高速轴承。与普通轴承相比,具有高精度、绿色环保、耐高温和高速的特点。其在航空航天、空气循环、高速透平机械中广泛应用。箔片止推轴承已经经过了多年的发展,有很多成熟的结构设计和结构分析理论。但是本文研究的层叠式箔片止推轴承,国内外对其研究很少,其运行原理和以往的波箔轴承相似,但是结构设计有很大的区别,所以需要用不同的结构理论来分析和计算这种新型轴承的性能。本文的主要工作就是通过对结构的分析,推导出一种新理论来计算其静特性和优化其结构参数并进行实验测试。层叠型气体动压止推轴承和所有的气体轴承一样,都是通过转子高速旋转带动轴承和转子之间的气体流动,产生流体动压效应来将转子悬浮。但是其层叠式的结构设计使得箔片结构之间出现变形相互影响的现象,计算箔片变形时不能简单的等效为弹簧模型。为了更贴合实际的计算这种轴承的性能,先推导了在扇形区域上进行有限元计算的扇形薄板模型理论,然后推导了可以和有限元方法融合的专门用来处理箔片之间接触变形的接触力学有限元方法。新的方法必须经过验证,所以进行了一系列的数值计算并且和ANSYS仿真软件的结果进行了对比,验证了理论的可行性。建立起结构模型后,还需要和气体动压方程结合起来才能求解轴承的性能。所以,建立了在柱坐标下的气体动压Reynolds方程和气膜厚度方程。使用有限差分法在扇形区域上求解Reynolds方程,得到气膜压力和气膜厚度,利用弱耦合的方式将结构模型和气体方程联立求解,得到轴承稳定工作下的特性。根据求解出的静特性,分析了层叠式轴承和波箔型轴承的不同之处,并重点分析了层叠式轴承的变形和接触特点。为了对层叠型箔片止推轴承的设计做指导,研究了各个结构参数和流场参数对轴承承载特性和摩擦特性的影响情况。根据计算结果提出了最适合的结构参数。并且利用这些参数设计制造了止推轴承,搭建了实验台测试使用效果。最终实验结果和计算结果在误差允许范围之内,证明了计算结果的可行性。
【图文】：

箔片轴承,变节距,刚度,箔片

图 1-1 第一代波箔型止推箔片轴承[3]片型止推轴承第二代仍是 Hamilton Sta承对波箔片加工处理，在半径方向和圆周方纹，如图 1-2。使得波箔的刚度能够更加适应用了周向变节距的设计。使得的刚度在整块

结构图,结构图,动压,气体止推轴承

图 1-2 支撑波箔结构图压结合型薄片气体止推轴承没有外部供气的轴承源的低，所以 Kim 和 Lee 在 2011 年提出了动压和静压结构和外形与纯动压类似，底部为分布式支撑波箔，箔的圆心处加工出通气孔。在动压轴承的启停动阶段
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.37

【参考文献】