多场耦合作用下的弹性箔片气体动压轴承润滑机理研究
发布时间：2021-02-22 14:55
弹性箔片气体动压轴承是以气体为润滑介质、采用柔性表面为支承的自作用式轴承,具有质量轻,成本低,稳定性好,摩擦功耗低,耐冲击,耐高低温,承载力高等特点,被广泛应用在工业、农业、精密仪器设备、航空航天业等领域。但目前为止,相比于国外较为成熟的实验和应用研究,国内对气体箔片轴承的实验研究主要集中在轴承的静、动特性和转子—轴承系统的稳定性上,严重缺乏针对箔片气体轴承基础性能测试以及设计和加工制造的研究。鉴于此,本文对箔片气体动压轴承进行了理论研究,讨论了相关参数对气膜压力的影响。本文建立了止推弹性箔片气体动压轴承的弹性流体动力润滑的数值模型,并根据止推箔片气体动压轴承的结构特点和工作特性,分析了具有线性阻尼和刚度的弹性变形基础模型。推导了极坐标下的压力控制Reynolds方程的无量纲方程,采用有限差分法（FDM）和超松弛迭代法（SOR）进行数值计算,并用MATLAB编程求解差分方程组,从而得到轴承气膜压力分布和气膜厚度分布规律。在计算非线性压力控制Reynolds方程时,运用了两种线性化方法。其一是经典的Newton-Raphson方法,另外提出了一种线性替代法,对无量纲化的有限差分方程组进行...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1张紧型箔片气体径向轴承
图 1-1 张紧型箔片气体径向轴承 图 1-2 悬臂型箔片气体径向轴承(ii)悬臂型箔片气体轴承航空航天领域要求转子具有更高的转速与更好的稳定性，于是 ASAC 公司在 20 世纪 60 年代末 70 年代初，研制出一种悬臂型箔片轴承。结构如图 1-2 所示。若干箔片依次排列在轴承内表面，在轴承座内孔中设置凹槽，用来固定住箔片，在箔片下方安装的弹簧能够调节箔片元件的搭接角度，改变轴承表面弹性及变形，控制轴承预载荷或轴承表面刚度[18]。该公司于 1994 年参与调查，数据显示国外 90%的商用飞机的空气制冷系统采用了悬臂型轴承透平膨胀机[18]。1971~1976 年，悬臂型轴承在航空用小型燃气轮机上被广泛的使用。(iii)波箔型箔片气体轴承波箔型气体轴承综合性能良好，具有加工制作简单、承载力高等优点，因而是应用的最广的一类轴承。它主要由两部分构成：顶层平箔片，提供光滑表面，形成润滑气膜收敛楔型区域；支承波箔片主要用来提供支承刚度和阻尼[5]。波箔型轴承按照布排方式的不同可以划分为三代：
(a)波箔型气体轴承 (b) 双层波箔型图 1-3 第一代波箔型径向气体轴承1981 年 Gray 等研制出了第二代波箔型径向气体动压轴承。结构如图 1-4所示，轴承波箔在节距上做了改变，将恒定的节距改为渐变方式，以调整波箔的支承刚度，节距越小，刚度越大；在轴向方向上，把波箔进行分割，每条宽窄不一，中间位置的波箔带最宽[5]。轴承支承刚度通过这种结构形式能够得到及时调整，处于端部的气体泄漏减少，从而轴承的自适应性、稳定性和承载力也将会提高，第二代轴承的承载力系数接近 0.5[10]。第三代波箔型径向气体动压轴承改变了箔片形状和数量，结构如图 1-5 所示。该轴承具有两个重要的特点,一是增加箔片的支撑点,减少顶箔的凹陷；二是刚度可随挠度的变化而改变。Kang 等人提出一种新形式的轴承，额外增加一条波纹数目不同的波箔片，这样两条波箔带具有的刚度不同，发挥的作用就不同。在低负载状态时，较软的波箔发挥主要作用，能够很好的支撑轴承；较硬的波箔刚度比较大，可以在轴承负载较重和转速较高时提供所需的刚度[24]。该结构有效的提高了轴承的稳定性和承载力，其承载力系数可达 1.0[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双杆-弹簧模型的波箔型气体动压轴承特性研究[J]. 皮骏,林炜斌. 润滑与密封. 2017(04)
[2]气体止推箔片轴承试验台设计及试验[J]. 徐方程,刘占生,张广辉,张雯,孙毅. 航空动力学报. 2016(09)
[3]应用于高速透平膨胀机的箔片动压气体止推轴承的试验研究[J]. 周权,侯予,陈汝刚. 西安交通大学学报. 2012(11)
[4]气体润滑弹性波箔片轴承动态特性分析[J]. 许怀锦,刘占生,吕伟剑,李华峰. 航空动力学报. 2011(05)
[5]基于弹性壳体模型的波箔型气体动压径向轴承静特性分析[J]. 徐润,马希直. 润滑与密封. 2010(01)
[6]波箔片气体动压径向轴承气膜压力分布特点[J]. 许怀锦,刘占生,张广辉,王永亮. 轴承. 2008(06)
[7]波箔型动压气体径向轴承的应用与研究进展[J]. 刘占生,许怀锦. 轴承. 2008(01)
[8]动压径向波箔轴承静态承载性能研究[J]. 李二圣,陈国定. 机械设计与制造. 2007(04)
[9]新型弹性箔片动压气体止推轴承的理论研究[J]. 周权,侯予,崔明现,陈纯正. 西安交通大学学报. 2006(09)
[10]弹性箔片动压径向气体轴承动特性的实验研究[J]. 杨利花,石建华,刘恒,虞烈. 摩擦学学报. 2006(04)
博士论文
[1]弹性薄片动压气体轴承的理论和试验研究[D]. 朱建军.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于库伦摩擦效应的径向气体箔片轴承-转子系统振动特性[D]. 徐方程.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]透平膨胀机中鼓泡型箔片止推轴承静特性的数值研究[D]. 卢攀.西安建筑科技大学 2016
[2]嵌入弹簧式气体箔片轴承理论分析与实验研究[D]. 胡锦.湖南大学 2016
[3]波箔动压气体轴承承载特性的理论与实验研究[D]. 石卓奇.哈尔滨工业大学 2016
[4]空气动压润滑无油涡轮增压器的设计与实验研究[D]. 谢永强.湖南大学 2015
[5]弹性箔片气体动压推力轴承的静动态特性和热特性研究[D]. 刘良军.湖南大学 2015
[6]空气箔片轴承设计、制造及其静态和动态特性实验研究[D]. 王法义.湖南大学 2014
[7]波箔型气体动压轴承特性数值研究[D]. 方华.南京航空航天大学 2013
[8]弹性箔片动压气体止推轴承-转子系统动力学特性研究[D]. 闫佳佳.哈尔滨工业大学 2012
[9]箔片结构对箔片气体轴承性能影响的分析[D]. 刘文琰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[10]箔片轴承固体润滑用类金刚石薄膜的设计、制备和性能研究[D]. 郑越青.中国工程物理研究院 2010
本文编号：3046160
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1张紧型箔片气体径向轴承
图 1-1 张紧型箔片气体径向轴承 图 1-2 悬臂型箔片气体径向轴承(ii)悬臂型箔片气体轴承航空航天领域要求转子具有更高的转速与更好的稳定性，于是 ASAC 公司在 20 世纪 60 年代末 70 年代初，研制出一种悬臂型箔片轴承。结构如图 1-2 所示。若干箔片依次排列在轴承内表面，在轴承座内孔中设置凹槽，用来固定住箔片，在箔片下方安装的弹簧能够调节箔片元件的搭接角度，改变轴承表面弹性及变形，控制轴承预载荷或轴承表面刚度[18]。该公司于 1994 年参与调查，数据显示国外 90%的商用飞机的空气制冷系统采用了悬臂型轴承透平膨胀机[18]。1971~1976 年，悬臂型轴承在航空用小型燃气轮机上被广泛的使用。(iii)波箔型箔片气体轴承波箔型气体轴承综合性能良好，具有加工制作简单、承载力高等优点，因而是应用的最广的一类轴承。它主要由两部分构成：顶层平箔片，提供光滑表面，形成润滑气膜收敛楔型区域；支承波箔片主要用来提供支承刚度和阻尼[5]。波箔型轴承按照布排方式的不同可以划分为三代：
(a)波箔型气体轴承 (b) 双层波箔型图 1-3 第一代波箔型径向气体轴承1981 年 Gray 等研制出了第二代波箔型径向气体动压轴承。结构如图 1-4所示，轴承波箔在节距上做了改变，将恒定的节距改为渐变方式，以调整波箔的支承刚度，节距越小，刚度越大；在轴向方向上，把波箔进行分割，每条宽窄不一，中间位置的波箔带最宽[5]。轴承支承刚度通过这种结构形式能够得到及时调整，处于端部的气体泄漏减少，从而轴承的自适应性、稳定性和承载力也将会提高，第二代轴承的承载力系数接近 0.5[10]。第三代波箔型径向气体动压轴承改变了箔片形状和数量，结构如图 1-5 所示。该轴承具有两个重要的特点,一是增加箔片的支撑点,减少顶箔的凹陷；二是刚度可随挠度的变化而改变。Kang 等人提出一种新形式的轴承，额外增加一条波纹数目不同的波箔片，这样两条波箔带具有的刚度不同，发挥的作用就不同。在低负载状态时，较软的波箔发挥主要作用，能够很好的支撑轴承；较硬的波箔刚度比较大，可以在轴承负载较重和转速较高时提供所需的刚度[24]。该结构有效的提高了轴承的稳定性和承载力，其承载力系数可达 1.0[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双杆-弹簧模型的波箔型气体动压轴承特性研究[J]. 皮骏,林炜斌. 润滑与密封. 2017(04)
[2]气体止推箔片轴承试验台设计及试验[J]. 徐方程,刘占生,张广辉,张雯,孙毅. 航空动力学报. 2016(09)
[3]应用于高速透平膨胀机的箔片动压气体止推轴承的试验研究[J]. 周权,侯予,陈汝刚. 西安交通大学学报. 2012(11)
[4]气体润滑弹性波箔片轴承动态特性分析[J]. 许怀锦,刘占生,吕伟剑,李华峰. 航空动力学报. 2011(05)
[5]基于弹性壳体模型的波箔型气体动压径向轴承静特性分析[J]. 徐润,马希直. 润滑与密封. 2010(01)
[6]波箔片气体动压径向轴承气膜压力分布特点[J]. 许怀锦,刘占生,张广辉,王永亮. 轴承. 2008(06)
[7]波箔型动压气体径向轴承的应用与研究进展[J]. 刘占生,许怀锦. 轴承. 2008(01)
[8]动压径向波箔轴承静态承载性能研究[J]. 李二圣,陈国定. 机械设计与制造. 2007(04)
[9]新型弹性箔片动压气体止推轴承的理论研究[J]. 周权,侯予,崔明现,陈纯正. 西安交通大学学报. 2006(09)
[10]弹性箔片动压径向气体轴承动特性的实验研究[J]. 杨利花,石建华,刘恒,虞烈. 摩擦学学报. 2006(04)
博士论文
[1]弹性薄片动压气体轴承的理论和试验研究[D]. 朱建军.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于库伦摩擦效应的径向气体箔片轴承-转子系统振动特性[D]. 徐方程.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]透平膨胀机中鼓泡型箔片止推轴承静特性的数值研究[D]. 卢攀.西安建筑科技大学 2016
[2]嵌入弹簧式气体箔片轴承理论分析与实验研究[D]. 胡锦.湖南大学 2016
[3]波箔动压气体轴承承载特性的理论与实验研究[D]. 石卓奇.哈尔滨工业大学 2016
[4]空气动压润滑无油涡轮增压器的设计与实验研究[D]. 谢永强.湖南大学 2015
[5]弹性箔片气体动压推力轴承的静动态特性和热特性研究[D]. 刘良军.湖南大学 2015
[6]空气箔片轴承设计、制造及其静态和动态特性实验研究[D]. 王法义.湖南大学 2014
[7]波箔型气体动压轴承特性数值研究[D]. 方华.南京航空航天大学 2013
[8]弹性箔片动压气体止推轴承-转子系统动力学特性研究[D]. 闫佳佳.哈尔滨工业大学 2012
[9]箔片结构对箔片气体轴承性能影响的分析[D]. 刘文琰.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[10]箔片轴承固体润滑用类金刚石薄膜的设计、制备和性能研究[D]. 郑越青.中国工程物理研究院 2010
本文编号：3046160
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