箔片动压止推气体轴承流固耦合数值模拟

针对鼓泡弹性箔片动压止推气体轴承的结构,在假设内部流体为层流、沿气膜厚度方向压力不变、忽略流体体积力和惯性力的基础上,建立了可压缩性流体Reynolds方程;采用有限差分法,在考虑流场为等温过程的条件下,对Reynolds方程进行了数值求解,得出轴承内部的压力分布。充分考虑鼓泡结构在压力作用下的弯曲变形,采用双向流固耦合模型,分析了顶层箔片的变形与压力场之间的相互作用,结合薄板弯曲模型得出的轴承顶层箔片的变形和气膜间隙分布,分析了轴承数、箔片结构对轴承性能的影响。研究结果表明:支承结构位置不当会直接影响气膜压力的分布,造成承载能力下降;提高轴承数、增大进出口气膜间隙比和轴承内外径之比,可以提高轴承的承载性能;节距比为0.5时承载性能最佳。该结果可为鼓泡弹性箔片动压止推气体轴承的结构设计提供参考。     

动静压支承滑动轴承性能分析

对用于承载部件的动静压支承滑动轴承进行了弹性流体润滑分析.采用有限元方法产生柔度矩阵计算动静压支承滑动轴承的弹性变形,并在考虑滑动轴承弹性变形下,得出其动压效应随轴承转速的变化、承载能力随偏心率的变化以及静刚度随偏心率的变化情况.结果表明,在弹性流体润滑分析中,用柔度矩阵法可以准确计算动静压支承滑动轴承的弹性变形以及承载性能.     

箔片安装位置对气体轴承性能影响的仿真分析

为研究弹性箔片气体轴承中箔片安装位置对轴承静、动态性能的影响,对具有不同箔片安装位置角的弹性箔片气体轴承进行了静、动态性能的计算。采用有限差分法耦合气体轴承压力控制方程及箔片柔度方程,获得了气膜压力、厚度分布及轴承承载力;基于小扰动法,计算了轴承的动力学系数。结果表明:弹性箔片气体轴承安装箔片时存在一个"敏感"位置区间,会对轴承静、动态性能构成显著影响;在这一区间内,气膜平均气压及承载力显著下降,主刚度系数下降,交叉刚度系数会在数值上接近主刚度系数,严重影响轴承稳定性,阻尼系数变化相对较小;这一"敏感"位置区间在数值上与轴承偏位角形成近似互补关系;在进行弹性箔片气体轴承实际安装操作时,可以先进行360°整周箔片轴承的偏位角计算,将安装狭槽布置在偏位角的对侧,即远离主要承载区位置。     

拱箔成型工艺对箔片轴承性能影响的仿真分析

为研究不同拱箔成型工艺对弹性箔片气体轴承静、动态性能的影响,对理想拱箔及3种不同成型工艺加工出的拱箔支承的箔片轴承进行了静、动态性能的计算,3种工艺重点对比箔片固定方式及加载卸载速度。采用有限元方法,获得了不同成型工艺下拱箔的型线及厚度分布;采用有限差分法,耦合箔片轴承结构变形方程与压力控制方程,通过积分得到了轴承承载力;使用小扰动法计算了箔片轴承刚度系数及阻尼系数。分析结果表明:拱箔的成型工艺会对箔片轴承静、动态性能构成一定影响,相比于理想拱箔,各种拱箔成型工艺均会造成箔片性能的下降;厚度与型线更为均匀的拱箔支承的箔片轴承承载力更高、稳定性更强;在拱箔冷压成型过程中,箔片固定方式对拱箔性能的影响较大,加载及卸载速度对拱箔性能的影响较小;在实际生产过程中,建议的拱箔冷压成型工艺为箔片一端压边固定一端自由,采用适中的加载及卸载速度。     

油膜轴承启/制动阶段的温度特性研究

为了揭示油膜轴承在启/制动阶段的温度特性,获得更好的运行性能,综合考虑粘压效应、弹性变形效应和挤压油膜效应,结合油膜轴承实际运行边界条件,建立了时变弹流润滑雷诺方程;通过润滑油工业测试试验,对不同轧制工况下的油膜轴承温度进行了测试。结合理论和试验数据,对比分析了在静-动压启动和动压启动下的温度曲线,并通过试验验证了理论分析计算的正确性,为启/制动阶段油膜的形成和破坏机理提供了参考。     

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．     

计入热效应下的椭圆轴承动态特性计算

利用有限元法，通过联立求解动压润滑轴承中的二维Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程，三维能量方程和粘温方程，对高速轻载工作条件的椭圆轴承的静动态特性进行了计算，并与Ｇｌｉｅｎｉｃｋｅ实验结果进行了比较，结果表明：计入热效应下的静动态特性与实验结果更为接近，从而说明，对于高速轻载下工作的椭圆轴承，热效应是一个不可忽略的主要因素。     

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

针对现有箔片动压气体轴承结构较为复杂、理论分析比较困难,以及难以应用于高速旋转机械等问题,提出了改进的平箔型、黏弹性支承型、鼓泡型等箔片动压气体止推轴承.在高速透平机械气体轴承试验台上,采用透平驱动转子-轴承系统以及静压轴承支承活塞杆施加轴向力等试验方法,对箔片动压气体止推轴承在不同转速下的承载性能进行了试验研究.同时,利用快速傅里叶变换方法,分析轴承-转子系统在空间3个方向的振动信号,对箔片动压气体止推轴承的运转稳定性进行了探讨.试验结果表明:平箔型动压气体止推轴承具有较高的轴向承载力,约为44N,而鼓泡型动压气体止推轴承的性能非常稳定,轴承-转子系统的轴心轨迹十分清晰,轴向振动信号中低频和高频涡动可忽略不计,其振动频率以1倍频为主.     

推力空气箔片轴承新型结构构建及其动力学性能

提出一种新型推力箔片轴承，该轴承的优点是通过波箔和平箔的组合来改变箔片轴承的轴向刚度等动态特性。以新型推力箔片轴承为对象，运用弹性力学理论分析推力箔片轴承顶箔和波箔的变形，联立黏温方程、气膜三维能量方程和等温Reynolds方程得到非等温Reynolds方程。利用小扰动法处理非等温Reynolds方程得到气膜压力的定常控制方程和微分控制方程。运用有限差分法和逐点松弛迭代法对其进行数值求解得到推力箔片轴承的气膜压力分布、气膜厚度分布、箔片变形量分布、气膜温度分布、轴向刚度、轴向阻尼等特性参数。结果表明，箔片轴承的轴向刚度和轴向阻尼随着波拱半长、楔形间隙高度差、波拱半径的增加而减小；轴向刚度和轴向阻尼随着涡动频率比、转速、波箔厚度、顶箔厚度、轴承外径的增加而增大。     

高速透平机械全金属鼓泡箔片动压气体轴承稳定性研究

为了验证高速透平机械中鼓泡箔片轴承完全取代传统静压轴承的可行性,将全金属鼓泡箔片径向轴承和鼓泡箔片止推轴承同时应用在主轴直径为25mm、产量为150m3/h工业制氧机用的高速透平膨胀机上,进行了全动压鼓泡箔片轴承透平膨胀机的实验研究,实验用的鼓泡箔片径向轴承采用周向叉排,鼓泡箔片止推轴承采用径向叉排。实验结果表明:透平转子在全动压鼓泡箔片轴承透平膨胀机上能够稳定运行,表现出良好的动态性能和稳定性;由于良好的柔弹性结构、惯性小等特点,鼓泡箔片轴承能够迅速适应转子运动;随着转子转速的升高,转子轴心轨迹由不规则半圆环状逐渐变成规则的圆环状,在多次重复性实验中轨迹重复性较好;鼓泡箔片轴承可有效抑制转子涡动,转子能够在高转速下持续稳定运行。