嵌入弹簧式气体箔片轴承理论分析与实验研究

发布时间：2017-06-15 03:08

  本文关键词：嵌入弹簧式气体箔片轴承理论分析与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气体箔片轴承作为一种自作用气体动压轴承能提供许多球轴承和油润滑轴承不能提供的优点,比如可靠性高、质量小、免维护、耐高温、能在超高的转速下运转。气体箔片轴承可以应用到空气循环系统、微型燃气轮机,涡轮增压器等高速旋转机械当中,可以很大的提高这些机械的性能。气体箔片轴承在拥有上述优点的同时,也存在一些阻碍其广泛应用的缺点,比如较低的承载能力、不充足的阻尼性能以及制作流程复杂昂贵。针对气体箔片轴承存在的这些缺点,本文提出了一种新型嵌入弹簧式气体箔片轴承。这种新型的气体箔片轴承制作简单、具有良好的阻尼性能和承载能力。本文针对此种新型气体箔片轴承做了以下工作:对轴承的结构特性进行了研究。建立了预测轴承弹性支撑结构特性的分析模型。对轴承进行了静态结构性能测试,测量的轴承载荷偏移曲线能够和预测的轴承载荷偏移曲线能很好的耦合,证明了轴承分析模型的正确性。同时,对波箔型轴承和嵌入弹簧式轴承的静态结构性能测试结果进行了对比,结果表面,嵌入弹簧式气体箔片轴承具有更高的损耗因子。对轴承进行了动态结构性能测试,测量了轴承在不同频率和振幅下的动态结构刚度和等效粘性阻尼因子。对轴承的静态和动态结构性能测试结果进行了参数化分析。在建立的嵌入弹簧结构刚度模型的基础上对轴承的静态特性进行了分析。建立了弹性支撑结构的刚度矩阵,结合有限差分法和Newton-Raphson迭代法对定常状态下的Reynolds方程进行求解,得出了轴承的气膜压力和气膜厚度分布,并对结果进行了分析。对轴承静态特性进行了参数化分析,研究了轴承弹簧数量、转子旋转速度和轴承载荷对轴承的偏心率、最小气膜厚度和偏位角的影响。最后还研究了轴承的轴向刚度分布对轴承承载能力的影响。在嵌入弹簧式气体箔片轴承静态特性分析的基础上,对轴承的动态特性进行了分析。在建立的轴承嵌入弹簧结构数学模型的基础上建立了轴承弹性支撑结构的运动平衡方程。采用数值扰动法对轴承非定常状态下的Reynolds方程进行处理,获得了一个稳定状态下的Reynolds方程和四个一阶动态系数扰动方程。采用有限差分法来求解这些方程得到了轴承的动态刚度和阻尼因子。分析了转子转速、弹簧之间的轴向预紧和弹簧数量对轴承动态刚度和阻尼因子的影响。对嵌入弹簧式气体箔片轴承在气膜形成以后的性能进行评估。对轴承进行了起飞实验,测量了轴承在一定转速下的起飞扭矩和温度特性,证明了轴承的气膜已经形成。搭建了对轴承在起飞之后进行推拉实验的实验台,并在不同转速和不同弹簧数量的情况下对轴承进行了推拉实验,分析了轴承了性能。
【关键词】：气体箔片轴承 弹簧 刚度 阻尼 静态特性 动态特性 轴承实验
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题背景及研究的意义10-12
• 1.2 气体箔片轴承的发展历史和结构形式12-18
• 1.2.1 气体箔片轴承的发展历史12-13
• 1.2.2 气体箔片轴承的结构形式13-18
• 1.3 国内外研究现状18-23
• 1.3.1 国内外理论研究现状18-20
• 1.3.2 国内外实验研究现状20-23
• 1.4 本文主要研究内容23-25
• 第2章 嵌入弹簧式气体箔片轴承的结构特性分析25-42
• 2.1 嵌入弹簧式气体箔片轴承结构描述25-26
• 2.2 嵌入弹簧结构的理论模型26-31
• 2.2.1 弹簧变形的计算26-29
• 2.2.2 摩擦力的计算29-31
• 2.3 嵌入弹簧式气体箔片轴承的静态结构性能测试31-34
• 2.3.1 静态结构性能测试试验台描述及实验结果分析31-32
• 2.3.2 嵌入弹簧结构理论模型的验证32-33
• 2.3.3 与波箔型气体箔片轴承静态结构性能测试结果对比33-34
• 2.4 嵌入弹簧式气体箔片轴承的动态结构性能测试34-37
• 2.5 参数化分析37-41
• 2.5.1 弹簧数量对轴承结构性能的影响37-39
• 2.5.2 轴向预紧对轴承结构性能的影响39-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 嵌入弹簧式气体箔片轴承的静态特性分析42-51
• 3.1 轴承的静态特性计算过程42-45
• 3.1.1 流体动力润滑理论模型42-43
• 3.1.2 Reynolds方程的数值求解43
• 3.1.3 弹性支撑结构的刚度矩阵43-44
• 3.1.4 轴承的承载能力和偏位角计算44
• 3.1.5 程序计算流程图44-45
• 3.2 轴承的静态特性结果分析45-49
• 3.2.1 气膜压力和气膜厚度分布45-47
• 3.2.3 参数化分析47-49
• 3.3 轴向刚度分布对轴承承载能力影响49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 嵌入弹簧式气体箔片轴承的动态特性分析51-60
• 4.1 嵌入弹簧式气体箔片径向轴承的动态特性求解模型51-56
• 4.1.1 气膜的模型51-52
• 4.1.2 弹性支撑结构的计算模型52-53
• 4.1.3 Reynolds方程的扰动法处理53-56
• 4.1.4 数值计算流程图56
• 4.2 嵌入弹簧式气体箔片径向轴承的动态特性结果分析56-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 嵌入弹簧式气体箔片轴承的实验研究60-68
• 5.1 轴承的起飞实验60-63
• 5.1.1 实验台描述60-61
• 5.1.2 实验结果分析61-63
• 5.2 轴承起飞之后推拉实验63-66
• 5.2.1 实验台描述63-64
• 5.2.2 实验过程和结果分析64-66
• 5.2.3 不同弹簧数量的轴承的推拉实验结果对比66
• 5.3 本章小结66-68
• 总结与展望68-71
• 参考文献71-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录79-80
• 附录B 嵌入弹簧结构分析模型中的相关参数表达式80

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