支承在波形箔带上的弹性圆壳动压气体轴承(Ⅱ)——摩擦功耗试验及其参数分析

在本试验装置的支承系统中,采用了气体静压轴承,使测得的数值精确可靠。从测得的功耗曲线中,可以明显地看到波箔轴承几何参数对轴承性能的影响。本试验提供的曲线可作为确定波箔轴承驱动力矩的参考,同时亦可作为设计和选用波箔轴承的参考。     

波箔箔片动压气体轴承的实验研究

为满足透平机械高速可靠运转的需求,设计了一种波箔型箔片轴承,其基本结构由柔性平箔和支承平箔的弹性波箔组成。在气体轴承-高速低温透平膨胀机实验台上对波箔箔片动压气体轴承进行了实验,实验中采用压缩空气驱动透平转子,以功率75kW的阿特拉斯螺杆压缩机作为供气源,从而获得了0.1~1.15MPa、标准工况下最高流量为600m3/h的压缩空气。将波箔厚度为0.05mm及0.07mm的2种箔片动压气体径向轴承,应用于主轴Φ25mm的标准工况下150m3/h制氧机用高速透平膨胀机,研究了箔片支承高速透平转子的振动特性及稳定性。实验结果表明:波箔弹性元件的刚度是轴承性能的重要影响因素之一,0.05mm波箔刚度小,柔性变形裕度较大,可以抑制转子不稳定涡动,透平膨胀机转子最高转速达93 366r/min;0.07mm波箔刚度较大,柔性变形裕度相对较小,当最高转速达到93 161r/min时转子出现涡动。2种波箔厚度的轴承最高转速达到9.3万r/min时转子的最大振幅均小于20μm,波箔轴承表现出了良好的刚度和阻尼特性,可有效抑制Φ25mm的高速透平膨胀机转子的涡动。     

多层弹性支承箔片动压气体径向轴承稳定性的实验研究

为了保证轴承支承高速转子的稳定运行,提出了一种具有多层弹性支承结构的新型箔片动压气体轴承。该轴承采用两层或多层具有鼓泡状凸起阵列的金属箔片作为弹性支承结构,通过调整鼓泡阵列的周向和轴向截距或调整上下层弹性箔片布置,可以实现轴承支承刚度特性和阻尼特性的调节。在直径为25mm主轴的高速(10万r/min)透平膨胀机上,实验研究了这种箔片轴承支承高速转子的运转特性,详细分析了3种典型排列方式下转速与压力的关系,以及高速转子升速及降速特性。结果表明:采用不同的多层结构排列方式,可以有效调整和改善弹性箔片轴承支承高速透平转子的刚度和阻尼特性,抑制高速转子的不稳定涡动;多层弹性箔片轴承能够产生多重刚度及多重阻尼,从而改进了传统箔片轴承刚度和阻尼的影响,改善了弹性箔片动压气体轴承的稳定性和可靠性。     

多层鼓泡弹性支承箔片动压气体轴承的实验研究

在单层鼓泡箔片动压气体轴承的基础上,提出了多层鼓泡箔片轴承的新型结构.该种新型结构可以通过合理选择上下层鼓泡箔片上鼓泡的结构参数和相对位置,产生不同的刚度和阻尼效果.该种轴承结构弹性支承元件的轴向和周向刚度可调,且具有良好的结构阻尼特性;同时多层鼓泡箔片之间的滑移能够产生附加库仑阻尼,因此提高了轴承的稳定性.实验中透平膨胀机采用25mm直径的转子时最高转速达到了99044r/min.在整个升速和降速过程中低频涡动均较小,验证了此种新型箔片轴承具有优异的抑制不稳定涡动的效果,有望应用在高速透平机械中.     

掌上透平弹性箔片动压气体轴承的试验研究

为了满足微小型高速透平稳定、可靠运转的要求,设计研制了一种以精密机加工制作为目的的微小型箔片气体轴承,提出了以弹性鼓泡支承的新型波箔结构,其中箔片元件由表面光滑的平箔和半球型鼓泡突起体的弹性底箔组成,鼓泡箔片可采用单层鼓泡或多层鼓泡,多层鼓泡的第一层鼓泡在第二层鼓泡的跨距中央。在一台主轴轴径为6mm的掌上高速透平上首次进行了振动特性及稳定性试验,结果表明:新型鼓泡箔片轴承具有良好的阻尼特性,对转子不稳定涡动的抑制能力较强;鼓泡自身变形具有调节刚度和阻尼的特点;在全动压条件下,试验透平稳定运转达到近36万r/min。     

新型弹性箔片动压气体止推轴承的理论研究

对新开发的弹性箔片动压气体止推轴承进行了理论分析,采用等温气体模型,导出求解该轴承静态特性的弹性流体动力润滑方程,利用有限元方法对方程进行求解,得到了该轴承在流固耦合下的压力分布和间隙分布,以及结构参数对轴承性能的影响.数值计算结果表明:节距比和瓦块张角存在最佳取值,节距比取0.5,瓦块张角为70°~90°时,可得到理论上的最大无量纲承载力;弹性模量越大,无量纲承载力随着间隙比和轴承数的增加而增大的趋势就越明显;选择合适的结构和材料,可以得到较高的承载力,这将进一步扩大该轴承的应用范围.     

新型弹性箔片动压气体止推轴承的试验研究

对新开发的一种弹性支承箔片动压气体止推轴承进行了理论分析和数值计算，并在多功能气体轴承试验台上对轴承的稳定性、承载力、振动特性和启停性能等进行了深入的试验研究．在轴承的弹性材料厚度为0．25mm、箔片厚度为0．07mm、节距比为0．7、转速为108398r／min时，试验获得了25．9N的最高轴向承载力．试验结果表明：复合弹性支承材料具有良好的阻尼特性，能有效地抑制转子的振动和限制涡动振幅的增加；金属箔片的柔性表面刚度均匀，能有效地降低转子及轴承表面的损伤；新型弹性箔片动压气体止推轴承具有良好的稳定性、运转性能和启停性能，具有很好的发展潜力和实用前景．     

气体动压轴承频率响应的计算方法

在设计气体动压轴承时,需要知道其刚度及频率响应,由于轴上一般都带有螺旋槽,增加了计算的复杂性。对于线轴式轴承(即既有止推板,又有颈轴同时工作的轴承),则由于止推板和颈轴承的相互影响,又更复杂一些。本文主要针对线轴式轴承,说明计算方法。     

轧机支承辊油膜轴承动压特性的研究

针对某钢厂发生故障的轧机支撑辊油膜轴承的实际工况和设计工况,进行了轴承动压特性计算,给出了油膜轴承工作特性曲线,为克服故障和排除故障提出了有益的建议.     

普通圆柱气体动压轴承性能计算

分别用压力摄动法和线性化ph解法较为详细地推导了普通圆柱气体动压轴承的压力分布表达式.在用有限差分法计算普通圆柱气体动压轴承的压力分布时,采用改变压力边界的平均压力计算法,通过与解析解及文献的对比,证明了该数值方法的可行性.     

悬臂型径向气体动压轴承温度场分析

由于气动轴承在工作中产生大量的热量,从而对轴承的性能产生显著影响,因此与其他类型的轴承相比,气动轴承温度场的分析显得尤为重要.建立了悬臂型气动轴承气膜的温度场模型,将温度场的影响引入轴承静特性计算程序,得到了轴承工作区内的温度分布.     

Power MEMS气体动压径向轴承承载能力的分析

在微尺度条件下,为了实现超高能量密度的目标,Power MEMS通常要求其轴承转速达到106 r/min数量级以上,于是提出了微尺度超高转速气体动力润滑轴承的研究.论述了气体动力润滑轴承的微尺度结构特征,提出了Power MEMS气体动压径向轴承承载能力的验算方法,分析了微尺度条件下气体动压径向轴承结构参数对轴承承载能力的影响.     

气体动压径向轴承气膜压力分布数值模拟

以动压径向气体轴承为研究对象,采用有限差分法(FEM)离散求解非线性的、稳态的可压缩雷诺方程,用MATLAB软件编写了计算程序,用逐次超松弛迭代法(SOR)进行数值求解,得出空气轴承的气膜压力和气膜厚度分布。在此基础上,分别以气体轴承的半径间隙、工作转速、宽径比、偏心率等参数为影响因子,研究气体轴承的最大气膜压力随影响因子的变化关系。     

库伦摩擦对波箔气体轴承特性的影响

为了深入了解库伦摩擦对波箔气体轴承特性的影响,考虑了波箔片与平箔片间摩擦力以及波箔片与轴承座间摩擦力,通过有限元梁单元模型计算波箔轴承单个波拱的位移,采用能量耗散的方法对波箔轴承的刚度和阻尼特性进行了评价,分析了载荷基准值和载荷波动幅值以及摩擦因数对库伦阻尼耗散能量以及箔片刚度特性的影响规律。研究结果表明：随着载荷基准值和载荷波动幅值增大,库伦阻尼耗散能量明显增加,有助于提高轴承运行的稳定性;载荷波动幅值增大,波箔轴承刚度先迅速减小然后逐渐趋于稳定;载荷基准值变化对波箔刚度影响较小,波箔刚度基本不发生变化。载荷由最大值逐渐减小时,波箔拱顶部摩擦力刚开始时仍为滑动摩擦力。进入滞止阶段后,滑动摩擦力逐渐转变为静摩擦力且摩擦力方向逐渐由同向变为反向。箔片轴承设计过程中,应以支撑刚度或阻尼耗散为目标,选择最优的摩擦因数。     

平箔式箔片径向气体轴承的理论研究

分析了平箔式箔片径向轴承的结构刚度和结构阻尼 ,对箔片在气膜发散区脱离弹性基础的情况进行了具体讨论 .求解了箔片轴承静态特性 ,重点讨论了箔片轴承与刚性轴承的不同之处 .     

平箔式箔片径向气体轴承的试验研究

对一种用于高速低温透平膨胀机的新型平箔式箔片径向气体轴承进行了试验研究,试验箔片径向轴承的直径为２５．０ｍｍ。试验结果表明,轴承的结构参数决定了轴承的性能;通过选取合适的轴承半径间隙和刚度,此种结构的箔片轴承上有较好的稳定性及启停性能。因此,该型轴承在小型高速低温透平膨胀机中具有广阔的应用前景。文中还就轴承结构参数对轴承－转子系统稳定性的影响进行了讨论。