分离式波箔气体动压推力轴承静特性分析与实验研究

发布时间：2017-06-06 12:25

  本文关键词：分离式波箔气体动压推力轴承静特性分析与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波箔气体动压轴承广泛应用于各种高速透平机械，目前波箔径向轴承已经发展到第四代，而对波箔气体动压推力轴承的研究和关注较少。为了促进波箔推力轴承工程实际应用，本文对一种分离式波箔动压气体推力轴承进行研究，讨论承载力和粘性摩擦力矩与轴承各个参数的关系，从而完成轴承静特性分析和箔片结构优化设计。 本文建立了考虑边界滑移条件下推力轴承等温Reynolds方程和考虑平箔变形的膜厚方程。推导了波箔和平箔弹性变形公式，通过实验对箔片结构变形和静刚度进行了测试，结果验证了波箔变形模型的合理性。提出了有限差分法和超松弛迭代法耦合求解气膜压力方程及箔片弹性变形方程的方法，采用Matlab编程实现，得到了轴承承载力和摩擦力矩，将本文计算的承载力和国外计算结果及实验结果对比，具有较好的吻合性，验证了计算方法的准确性和合理性。根据轴承结构参数和静特性关系曲线，确定了最佳参数的取值范围，使轴承获得了相对较高的承载力，同时具有较低的摩擦力矩。 设计、制造了平箔和波箔，完成了轴承整体装配。以气体径向轴承实验台为基础，搭建了推力轴承试验台，测量了推力盘在各个转速下的轴向振动位移和轴承在工作过程中的摩擦力矩、轴向位移及承载能力。
【关键词】：气体推力轴承 静态特性 气弹耦合 弹性变形 轴承实验
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图表清单9-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 波箔动压气体推力轴承的发展14-16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.3.1 国外研究现状16-18
• 1.3.2 国内研究现状18-20
• 1.4 本文主要研究工作20-21
• 第二章 分离式波箔气体推力轴承基本理论21-32
• 2.1 气膜压力控制方程21-26
• 2.1.1 气体动力润滑原理21
• 2.1.2 Reynolds 方程的推导21-26
• 2.2 气膜厚度方程26-28
• 2.2.1 分离式波箔气体动压推力轴承的结构26-27
• 2.2.2 气膜厚度方程的推导27-28
• 2.3 弹性变形方程28-31
• 2.3.1 波箔弹性变形方程的推导28-29
• 2.3.2 平箔弹性变形方程的推导29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 箔片结构静刚度32-41
• 3.1 箔片结构静刚度的理论分析32-36
• 3.1.1 箔片选材及弹性模量的简单测量32-34
• 3.1.2 箔片结构静刚度的弹簧模型34-35
• 3.1.3 箔片结构静刚度的有限元求解35-36
• 3.2 箔片结构静刚度的实验测量36-40
• 3.2.1 实验测试系统36-37
• 3.2.2 实验结果分析37-40
• 3.3 实验与理论比较分析40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 分离式推力轴承静特性分析41-56
• 4.1 理论模型的无量纲化41
• 4.1.1 Reynolds 方程的无量纲化41
• 4.1.2 气膜厚度方程的无量纲化41
• 4.2 推力轴承 Reynolds 方程的数值求解41-48
• 4.2.1 有限差分基本原理42-43
• 4.2.2 不考虑边界速度滑移气体 Reynolds 方程的离散43-45
• 4.2.3 考虑稀薄效应的气体 Reynolds 方程的离散45-47
• 4.2.4 边界条件47
• 4.2.5 Matlab 编程实现气弹耦合求解压力47-48
• 4.3 承载力及粘性摩擦力矩计算48-49
• 4.4 分离式轴承计算结果及讨论49-50
• 4.5 分离式轴承膜厚及压力分布特性50-54
• 4.5.1 分离式波箔轴承和刚性轴承压力与膜厚分布比较51-52
• 4.5.2 分离式波箔轴承和整体式波箔轴承承载力比较52-53
• 4.5.3 边界速度滑移对分离式轴承承载力的影响53-54
• 4.6 数值计算程序的图形用户界面54-55
• 4.7 本章小结55-56
• 第五章 轴承静特性的影响参数及其确定56-64
• 5.1 运行参数对轴承静特性的影响56-57
• 5.1.1 转速对轴承静特性的影响56-57
• 5.1.2 初始最小膜厚对轴承静特性的影响57
• 5.2 结构参数对静特性影响57-63
• 5.2.1 箔拱节距 s 对轴承静特性的影响58-60
• 5.2.2 箔片数ψ对轴承静特性的影响60-61
• 5.2.3 相对半径比 E 对轴承静特性的影响61
• 5.2.4 贴合区角度相对值β_1对静特性的影响61-62
• 5.2.5 楔形区角度相对值β_2对静特性的影响62
• 5.2.6 楔形区末端高度值对静特性的影响62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 推力轴承实验及结果分析64-72
• 6.1 分离式波箔推力轴承制作64-66
• 6.1.1 波箔模具设计64-65
• 6.1.2 箔片制造及装配65-66
• 6.2 推力轴承实验台66-69
• 6.2.1 试验台本体67-68
• 6.2.2 润滑冷却系统68-69
• 6.2.3 测量系统69
• 6.3 实验结果与讨论69-71
• 6.3.1 推力盘轴向位移69
• 6.3.2 轴承摩擦力矩分析69-71
• 6.4 本章小结71-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 7.1 总结72-73
• 7.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘占生;许怀锦;;波箔型动压气体径向轴承的应用与研究进展[J];轴承;2008年01期

2 陈伟武,张鸿兴;推力波箔轴承的理论分析和试验研究[J];上海机械学院学报;1989年03期

3 ;A generalized solution of elasto-aerodynamic lubrication for aerodynamic compliant foil bearings[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2005年04期

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本文编号：426397