小孔节流空气静压止推轴承平面跨缝试验研究

在航空航天领域的微重力模拟中,空气静压止推轴承在完成平面跨缝试验过程中由于增加了1个时变的出口边界,支撑气膜内部的流场随出口边界位置的变化而发生变化,从而影响止推轴承的静态特性和微振动特性.为了明确跨缝过程中空气静压止推轴承宏观表现出的服役特性,本文中基于静压气体润滑理论,搭建空气轴承平面跨缝的试验台,针对中心供气和三孔均布的圆盘型小孔节流空气静压止推轴承开展试验研究,分析不同供气压力、浮起高度和跨缝位置下轴承的静态特性和微振动特性.研究表明：空气轴承平面跨缝时,相当于支撑气膜增加1个时变的出口边界,因而会出现泄气现象导致承载力减小;当供气孔正对支撑台面间的拼缝时,轴承的自激微振动幅值最小;空气静压轴承在平面跨缝过程中,在相同浮起高度下,随着供气压力增大,轴承的静承载能力和静刚度都有所提高;随着负载增大,过供气孔时的微振动幅值减小.     

极端工况双矩形腔静压推力轴承动态特性

静压推力轴承动态特性受润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积等因素影响,极端工况运行过程中经常承受阶跃载荷或正弦载荷作用,突加载荷将导致静压推力轴承动态特性改变,表现为轴承的抗冲击能力和恢复平衡所需时间的变化.为获得高速重载微间隙极端工况条件下双矩形腔静压推力轴承动态特性,分别在不同油膜厚度、不同润滑油黏度以及不同油腔尺寸条件下对双矩形腔静压推力轴承的动态性能进行理论分析,探讨了阶跃载荷作用下润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积对轴承动态性能的影响,揭示了油膜动态变化规律,探究了正弦载荷作用下双矩形腔静压推力轴承的稳定性.结果表明:润滑油黏度、油膜厚度和油腔尺寸变化对其动态性能有很大的影响.润滑油黏度越大、油膜厚度越小、油腔面积越大突加载荷作用下润滑油膜抵抗冲击的能力越强,旋转工作台受到突加外力作用下恢复至平衡状态所用时间越短.双矩形腔静压推力轴承油膜具有较大的阻尼系数,轴承具有极强的抵抗正弦加载作用的能力.     

极端工况双矩形腔静压推力轴承动态特性

静压推力轴承动态特性受润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积等因素影响, 极端工况运行过程中经常承受阶跃载荷或正弦载荷作用, 突加载荷将导致静压推力轴承动态特性改变, 表现为轴承的抗冲击能力和恢复平衡所需时间的变化. 为获得高速重载微间隙极端工况条件下双矩形腔静压推力轴承动态特性, 分别在不同油膜厚度、不同润滑油黏度以及不同油腔尺寸条件下对双矩形腔静压推力轴承的动态性能进行理论分析, 探讨了阶跃载荷作用下润滑油黏度、油膜厚度和油腔面积对轴承动态性能的影响, 揭示了油膜动态变化规律, 探究了正弦载荷作用下双矩形腔静压推力轴承的稳定性. 结果表明: 润滑油黏度、油膜厚度和油腔尺寸变化对其动态性能有很大的影响. 润滑油黏度越大、油膜厚度越小、油腔面积越大突加载荷作用下润滑油膜抵抗冲击的能力越强, 旋转工作台受到突加外力作用下恢复至平衡状态所用时间越短. 双矩形腔静压推力轴承油膜具有较大的阻尼系数, 轴承具有极强的抵抗正弦加载作用的能力      

单节流孔静压球面气体轴承动态特性的有限元分析

采用分布参数和小参数摄动方法简化动态雷诺润滑方程，推导了用于计算小孔节流方式的单节流孔静压球面气体轴承气膜动态特性的一系列计算公式，并通过动态压力分布方程的有限元求解得到了气膜的动态刚度、动态阻尼曲线以及轴承的稳定工作范围图谱，进而给出了静压气体轴承的稳定性判据．结果表明，小孔节流方式静压气体轴承的稳定性主要取决于节流气腔的容积、供气压力和承载质量．     

超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析

以新一代液体火箭发动机涡轮泵为应用前景,提出了一种带小孔节流的超导-液体静压复合推力轴承.该复合轴承由6块圆形超导瓦和6块带有小孔节流的圆形液体静压推力瓦构成,依靠涡轮泵系统自带的低温介质(如液氢液氧等),可以实现超导磁斥力与流体静压力的复合.基于解耦方法分析了复合轴承的静动特性,重点研究不同液膜厚度下复合轴承的承载力和刚度随节流孔径、液腔直径等的变化规律.在设计工作点附近,超导推力瓦和静压推力瓦的承载力大体相当,而后者的刚度则是前者的300倍以上.理论结果表明该复合结构既可以保证启动阶段无接触摩擦,又能在工作阶段保持较高刚度以抗冲击,对设计高可靠性火箭涡轮泵的轴系结构具有参考价值.     

第四届全国气体润滑技术交流会召开

由中国机械工程学会摩擦学学会气体润滑专业委员会主持、航空航天部609所筹办的第四届全国气体润滑技术交流会于1988年11月28日～12月4日在湖北襄樊召开。会上交流了40余篇学术论文,主要内容有:气体静压轴承各种特性的理论分析和计算方法;各种形式的空气静压轴承的应用研究和研制,新型气体动压轴承,如悬臂型弹性薄片     

具有可变均压槽的气体静压推力轴承性能研究

具有可变均压槽的气体静压推力轴承,是作者提出的一种新结构轴承.本文建立了这种新结构轴承的性能计算方法,用有限差分法耦合求解气体静压推力轴承的雷诺方程和弹性薄片的变形控制方程,得到轴承的各项性能参数,并通过试验加以对比验证,计算结果与试验具有较好的一致性.结果表明该新型气体静压推力轴承的设计方案能够提高轴承的刚度.     

NONLINEAR THERMAL ANALYSIS FOR THE INTER-SHAFT BEARING UNDER THE DYNAMIC LOAD 1)

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.     

动载荷作用下中介轴承的非线性热行为研究

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.      

电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析

分析了电磁轴承系统的刚度阻尼特性与系统结构参数及其控制器频响特性之间的关系。给出了系统控制电流的相位对系统稳定性和刚度阻尼特性的影响。提出了电磁轴承系统的复阻尼概念，以及部分刚度阻尼特性指标的实际意义和计算方法。     

可变节流高度气浮支承结构设计及动态性能分析

为了使气浮支承的承载力动态可调,设计了一种可变节流高度气浮支承. 通过建立气浮支承计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型,利用CFD动网格技术来模拟小孔节流器的运动,研究小孔节流器的结构参数、运动参数及气浮支承的工作参数对可变节流高度气浮支承动态性能的影响. 结果表明:通过调节小孔节流器的节流高度可以明显改变气浮支承的承载力;在只考虑单一变量的前提下,气浮支承承载力的波动量随着小孔节流器的运动幅值、运动频率、节流高度、直径和气浮支承供气压强的增加而增加,但随着气膜厚度的增大而减小;当小孔节流器直径较小时,随着小孔节流器运动频率的增加,气浮支承动刚度的增幅很小,但当小孔节流器直径增大时,随着小孔节流器运动频率的增加,气浮支承动刚度的增幅会明显变大.      

基于N-S方程的多孔质气膜悬浮力学模型研究

为了研究多孔质气浮承载系统设计参数对气膜厚度的影响特性,以平行圆板模型为对象,建立了包含多孔质特性和缝隙流特性的气膜悬浮静态模型,分析了承载系统多孔质部分的受力特性,得出了气膜厚度控制方程,并利用改进弦截法进行求解。理论计算和实验结果对比表明,基于气膜简化模型的数值计算结果与实验值吻合较好,验证了理论模型的有效性。通过数值计算结果,探讨了通气量和承载力变化对气膜厚度的影响规律。研究表明,气膜厚度受通气量及承载力的影响,可通过对通气量及承载力进行最优控制,以使气膜厚度满足环境使用要求。     

基于阻抗法的矩形截面均压槽气浮支承静态性能分析

针对CFD仿真方法效率低下的状况,提出利用阻抗法来提升气浮支承承载性能的计算速度. 以矩形截面均压槽气浮支承为研究对象,研究了当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力变化对气浮支承承载性能的影响. 结果表明:与CFD仿真方法相比,阻抗法在保证计算结果精度的前提下可提高气浮支承承载力的计算速度. 当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力增大时,阻抗比会增加,气浮支承的承载力和刚度峰值对应的阻抗比也会增加. 当气膜厚度增加时,阻抗比会增加,但承载力会相应地减小. 本文作者通过阻抗法推导了气浮支承承载力简化计算公式,解决了气浮支承在均压槽方向上简化计算的难点,并为阻抗法在均压槽中的研究与应用提供了理论依据.      

放射状椭圆截面均压槽对狭缝节流气浮支承的影响研究

为提高狭缝节流气浮支承静态特性,在有腔狭缝节流气浮支承的基础上增加了表面节流均压槽,均压槽呈放射状,周向截面为扇形,径向截面为椭圆,并对其进行了仿真分析. 结果表明:增加放射状椭圆截面的均压槽作为表面节流方式能够优化其承载力以及刚度,但会增加耗气量. 增加均压槽高度、放射角度、数量和半径均能增加气浮支承的承载力. 刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽高度增加但峰值基本保持不变;刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽辐射角度增加且峰值也会略微增加;当均压槽数量大于4时,随着均压槽数量的增加,刚度峰值均出现在气膜厚度h₂为13 μm附近,但刚度峰值会随均压槽数量的增加而产生较大增幅;刚度峰值对应的气膜厚度会随均压槽半径的增加而减小,但峰值会随均压槽半径的增加而增加.      

On the Development of Negative Pressure in Oil Film and the Characteristics of Journal Bearing

The stability and vibration characteristics of turbo-rotors running in journal bearings depend strongly on the characteristics of journal bearing determined by the oil film pressure and negative pressure developed in journal bearings. This paper is concerned with clarifying the development of this negative pressure and its influences by taking into account air bubbles in oil film, especially the surface dilatational viscosity, which decelerates the compression and expansion of air bubbles. Deceleration of the bubble expansion under negative pressure helps the bubbles to withstand greater negative pressure. When the negative pressure is developed in the oil film, the locus of center of journal running in bearing deviates from the well-known semi-circle like shape, and the journal center is pushed outwards and horizontally under vertical static load. This means that the stability of a turbo-rotor will be reduced when negative pressure is developed.     

随动耦合变阶梯径向滑动轴承动力特征及稳定性的研究

用有限差分法循环迭代求解了随动耦合变阶梯结构径向滑动轴承油膜压力的雷诺方程和两阶段油膜耦合变阶梯结构的流量控制方程。在分析轴承油膜压力形成机量及静力特性的基础上,采用对位移和速度的小扰动法计算了轴承的动力特性系数,考察了运转参数对这种轴承承载特性、动力特性系数、等效刚度、界限涡动比以界限失稳转速的影响,结果发现合理地选择设计参数可以使这种轴承具有较好的静力特性、动力特性和稳定性。     

Global Stability Analysis of Cylindrical and Dual Offset Rotor Bearing Systems

Extensive numerical simulation studies with a short bearing film model show that a balanced dual offset rotor bearing subjected to a fixed external load can improve bearing performance for load and speed conditions known to produce undesirable half-speed whirl in conventional zero-offset cylindrical systems. For specific values of dimensionless load, offset ratio, and load orientation, parametric changes in speed show that the dual offset bearing can undergo a variety of bifurcations which produce coexisting period 1–4 subharmonic, quasi-periodic, and chaotic attractors, all of which may be driven by lower-order dynamic processes. For a specific set of initial conditions, the transition to chaos via period doubling in the dual offset bearing actually produces lubricant films which are significantly thicker than those found in the corresponding cylindrical system.     

基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究

由发动机主轴轴承油膜空穴造成的不规则打字机敲击噪声一直是汽车领域未解决的难题. 为了探究发动机主轴轴承动态载荷性能耦合作用下产生的异常空穴噪声,本文作者利用自行设计的平行板挤压油膜试验机进行模拟噪声试验并探究空穴噪声的特征. 该试验机可同时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号,通过试验探究了不同激励信号、挤压振幅、挤压频率、润滑油黏度等因素对空穴噪声的影响,结果表明在方波、大振幅、使用高黏度润滑剂以及挤压频率为12 Hz的状况下容易产生空穴噪声.      

Spectral properties and identification of aerostatic bearings

Modified rotor kit Bently Nevada was used for dynamic characteristics measurements of new developed aerostatic bearings.Mathematical model of these bearings is considered as linear.Model was identified with the help of harmonic force excitation independently from the speed of journal rotation.The stiffness and damping matrices were identified for different air inlet pressures.The calculated spectral properties allow to determine the stability boundary for suitable variation of model parameters.