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.     

微型涡轮发动机设计与制造的若干关键技术

分析了微型涡轮发动机不同于宏观尺度的流动和燃烧特性(低雷诺数Re、高马赫数M、高库埃特Couette数和低毕渥Biot数的流动，极小空间超高燃烧负荷率的燃烧)。提出了在微尺度和超高转速条件下，传统的流体动力润滑理论所存在的局限性；研究了利用边界滑移实现微尺度条件下气体动力润滑轴承实现超高转速的可性。基于碳化硅材料在MEMS高温高强度条件下的应用前景，提出将硅基蚀刻与传统的碳化硅反应烧结和磨削加工等工艺进行结合，实现微型涡轮发动机碳化硅材料微细结构的机械加工。     

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.     

气体静压球面轴承设计理论及其应用

为解决地面模拟空中飞行控制装置的支承问题,试制了气体静压万向球轴承。首先借鉴已比较成熟的气体静压轴颈轴承和气体静压止推轴承的设计方法,根据拓扑理论和力系等效原理将球体转化为等效的圆柱体,对气体静压球轴承进行近似设计。最后应用该设计理论,成功加工出气体静压球面轴承。     

多排环形供气孔静压止推气体轴承的研究

为了提高静压止推气体轴承的刚度及承载力,对一种多排环形供气孔静压气体攫推轴承进行了研究,从气体轴承雷诺方程出发,采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权余量法推导出了控制方程的有限元形式,并由控制方程的边界条件,采用向前迭代法对轴承静特性参数进行了数值求解,分析了不同参数对止推轴承性能的影响,理论分析及试验研究表明,采用多排环形供气孔后,轴承的静刚度性能有了显著提高。     

内外膜独立供油径向浮环动静压轴承静特性优化分析

动静压浮环轴承在高速、超高速旋转机械中的应用非常广泛,轴承的摩擦功耗是制约转子性能的突出因素。本文利用有限元法和复合形法对内外膜独立供油的径向浮环动静压轴承静态性能进行了优化分析,在保证浮环平衡的基础上,以单位承载力下摩擦功耗最小作为优化目标,对供油压力和轴承重要结构参数进行了优化,得到了供油压力、浅腔深度等重要设计参数的最优值,优化结果对于降低高速轴承的摩擦功耗和温升具有重要意义,同时对浮环轴承的结构参数设计有较大的参考价值。     

微小型涡轮发动机圆锥气体静压轴承的特性研究

对用于微小型涡轮发动机的圆锥气体静压轴承的特性开展了理论及实验研究.设计了圆锥气体静压轴承的结构型式,提出了圆锥气体静压轴承的润滑模型及其数值解法,获得了圆锥气体轴承承载力和气体质量流量性能,考察了气膜厚度、供气压力和节流孔数目对轴承性能的影响.建立了圆锥气体轴承测试平台,获得了轴承的质量流量-供气压力曲线,为理论模型的验证提供了实验手段.结果表明,增加供气压力和节流孔数目可提高承载力和气体质量流量;圆锥轴承测试结果与理论结果趋势一致,数据吻合.      

基于静特性分析的环面节流静压圆盘止推气体轴承参数设计

用保角变换有限元方法研究环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数对其静特性的影响。结果表明,对承载力和流量影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对静刚度值影响较大的参数是无量纲供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。依照优先考虑静刚度指标兼顾流量、承载力指标的设计原则,得出较佳的几何参数取值范围。     

气体动静压径向轴承试验台研制及实现

在对测试模块、加载模块、结构方案、传感器选用等方面进行分析的基础上,采用DWS超精密(纳米级)振动位移测量仪和自动数据采集技术,研制了新型气体动、静压径向轴承性能测试实验台。该实验台可自动测试轴承间隙内周向内压力分布、承载力、气膜厚度、主轴转速和流量等参数。对被测轴承动态特性的检测表明,该实验台可以较准确地检测出轴承回转过程中轴心的扰动情况。     

毛细管进气气体静压轴承设计和分析

本文提出一种适用于气体静压轴承的毛细管结构,推导了使用该毛细管的气体静压轴承的尺寸比,进而分析了设计方法,并用计算实例对毛细管和缝式进气方式进行比较,最后利用中央进气圆形推力轴承对本文提出的毛细管进气结构作了可行性试验,并通过试验验证了有关理论公式的正确性。     

静压气体轴承静态特性的理论研究综述

就静压气体轴承静态特性理论研究的历史发展和现状进行总结。系统介绍了雷诺气体润滑方程的近似解析解与数值解的基本方法及新的进展，指出基于雷诺方程的数值解已能满足静压气体轴承静态性能的工程计算精度要求，但对于复杂结构气体轴承性能的准确分析，则有待于三维流场计算技术在静压气体轴承研究领域的进一步应用。     

静压气体球轴承承载力的三维计算方法

为研究环面节流静压气体球轴承的承载力特性,提出一种基于三维模型的计算方法.应用非结构同位网格技术对轴承进行网格划分,采用有限体积法对三维稳态可压缩N-S方程进行离散,将适用于可压缩流体的改进的SIMPLE算法应用于离散方程的求解.实验表明,该方法的计算结果与二维有限元法计算结果及实验数据相符,证明算法是有效的.     

基于静特性分析的环面节流静压气体球轴承参数设计

环面节流多孔闭式球轴承具有整体球窝面,是静压气体球轴承的一种新结构形式.按照优先考虑静刚度指标以及兼顾流量、承载力指标的设计原则,采用保角变换有限元法研究闭式气体球轴承几何参数设计的基本过程,并详细讨论了球窝外包角、供气孔包角、供气孔数和供气孔直径对轴承静特性的影响.结果表明,对轴承承载力特性影响较大的参数是球窝外包角和供气孔数,对流量特性影响较大的参数是供气孔数和供气孔直径,对轴承静刚度特性影响较大的参数是球窝外包角、供气孔包角和供气孔直径.通过分析,给出了闭式气体球轴承几何参数的推荐取值范围.     

加工误差对气体静压径向轴承的影响

建立了一种考虑影响气膜厚度误差、圆度和圆柱度误差的气膜厚度分布综合表达式,考虑加工误差对气体静压径向轴承的影响,进行了气体润滑有限元分析.分析表明:圆度和圆柱度误差对轴承的承载能力影响不大;气膜厚度误差为平均气膜厚度的5%时,承载能力变化约为10%.     

多缸内燃机主轴承的结构振动响应分析

以某4缸柴油机为例，应用有限元方法在机体结构模态分析的基础上，对多缸内燃机曲轴各主轴承在曲轴轴颈作用力激励下的结构动力响应进行了计算，得到了曲轴各主轴承在不同方向上的结构振动响应曲线，并对其响应特征进行了分析。对轴承结构动力响应与机体结构模态特征间的关系，以及主轴承结构振动与机体结构振动和噪声辐射之间的关系也做了进一步的讨论。结果表明作用在主轴承上的径向力可以激起主轴承的轴向往复振动，该轴向振动传播到机体裙部并产生噪声辐射，因此可以通过控制主轴承的轴向往得振动来达到抑制机体噪声辐射的目的。     

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 .