波箔轴承中波箔总静刚度分析

本文对“波箔轴承中波箔刚度的计算”一文中提出的总刚度计算公式,给以推广到任意波数均能适用,并对此可能产生的误差作了计算及分析。     

径向波箔轴承的动特性和稳定性分析

本文在小扰动条件下，推导出径向波箔轴承的刚度和阻尼系数的计算公式，计算结果表明，波箔轴承有较大的阻尼特性，在高速运转的机械设备中具有较高的稳定性。     

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。     

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅱ)几何参数计算和实验研究

本文根据大量试验结果,提出了径向波箔轴承几何参数的设计计算公式;介绍了高速轴承试验台的结构和试验方法(试验台的所有支承轴承和加载装置的活动联接全部采用气体润滑);对几种不同参数的皮箔轴承进行了初步的静态特性试验。试验结果与理论计算基本相符。     

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。     

波箔轴承中波箔刚度的计算

本文提出了比较接近于实际的波箔的力学分析,并应用圆柱薄壳线性理论,导出了波箔变形的基本方程,从而求得了单波刚度和总刚度的计算公式。     

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。     

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。     

四点接触球转盘轴承的静刚度计算

刚度是滚动轴承的一项重要性能。以Hertz弹性接触理论为基础,采用数值方法计算了转盘轴承在单一和复合载荷下的刚度,此法比传统的算法求解精度高。首先,建立了单排四点接触球转盘轴承的静力学模型,然后导出了转盘轴承的刚度计算公式,开发了计算程序并进行求解。最后用实例进行了计算分析,得出了转盘轴承在不同载荷下的刚度,并分析了转盘轴承结构参数对刚度的影响。     

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。     

波箔轴承在中频电机气流纺纱机中的应用

本文提出了在悬臂端受有交变干扰力作用的中频电机高速转子的力学模型,得到了运动微分方程式及其特解,从理论上揭示了径向波箔轴承轴糸可以使用平行平板推力轴承的机理。经装机运行试验表明,波箔轴承中频电机气流纺纱器性能良好,所纺纱线完全达到规定质量指标。从而从理论和实践上证实了这种轴承系统适用于受有较小推力载荷的悬臂支承轻载高速机械。     

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。     

推力波箔轴承的理论分析和试验研究

本文对半径比为0.3、0.5和0.7三种尺寸的推力波箔轴承进行了理论计算。并对其中的二种进行了参数优化。计算结果绘成了便于设计应用的图线,并对设计图线各参数间的关系作了讨论。文中还介绍了该类轴承的试验装置和试验方法,给出了一组试验数据。并将理论结果与试验结果作了比较。最后用实例说明了设计图线的使用方法。     

箔片非线性结构刚度对转子瞬态冲击的影响

弹性箔片轴承支承的转子在高速旋转时,转子可能会和轴承发生碰摩。为了揭示当转子采用不同结构刚度箔片支承时,该冲击对转子振动的影响机理,针对2个径向GFBs支承的刚性转子系统模型,应用龙格库塔法求解转子动力学状态方程,获得3种结构刚度箔片(均匀刚度箔片、软箔片、硬箔片)下的轴颈位移。推导出箔片轴承的等效刚度和等效阻尼系数,发现当轴颈无涡动时,箔片轴承的等效刚度正好是气膜刚度和箔片结构刚度的串联;而当轴颈有涡动时,箔片轴承的等效刚度和等效阻尼均是结构刚度、结构阻尼和涡动频率的函数,且当轴颈涡动频率趋于无穷大时,上述等效刚度和等效阻尼趋于无涡动时的值。计算表明,当采用恒定刚度箔片时,转子稳态振幅最小,但是瞬态响应时间较长;当采用非线性软箔片时,转子稳态振幅最大,但是瞬态响应时间最短。当增大非线性箔片的结构刚度时,转子稳态振幅会减小,瞬态响应时间会增加。因此,箔片的设计需要辅以轴承-转子动力学特性的考量,以获得箔片结构刚度和结构阻尼的合理匹配。     

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。     

过盈配合量和预紧力对高速角接触球轴承刚度的影响

以滚动轴承拟静力学分析和滚道控制理论为基础,给出了计及轴承安装时的过盈配合量、预紧力等因素的影响,以及计算高速角接触球轴承中钢球与内、外圈的接触刚度和轴承整体的径向刚度、轴向刚度和角刚度的完整方法和相应的程序.对B7004轴承的分析表明:配合过盈量增加,钢球与内、外圈的接触刚度以及轴承的径向刚度增大,而轴承的轴向刚度和角刚度减小;预紧力增加,钢球接触刚度、轴承刚度随之增加;预紧力较小,特别当旋转速度较高时,应仔细选择合适的预紧力,否则轴承刚度会出现不稳定的波动.     

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 .     

预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响

以滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,建立考虑预紧的高速角接触球轴承动力学模型.依据赫兹接触理论,给出考虑预紧的轴承径向刚度、轴向刚度和角刚度计算表达式.以7012/CD轴承为例,分析预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响.分析结果表明,定位预紧下轴承的径向刚度随转速的增大而增大,而轴向刚度和角刚度随转速的增大,先增大后减小;定压预紧下,轴承径向刚度受转速影响较小,而轴向刚度和角刚度随转速增大急剧下降.当轴承转速较高时,采用定位预紧较定压预紧可获得更高的刚度.     

支承在波形箔带上的弹性圆壳动压气体轴承

本文提出圆柱面接触有助于气楔承载的原理,由此提出了与轴颈之间无间隙的弹性圆壳波箔轴承,认为它有许多优点,如承载能力高、起飞速度低、抗冲击能力强和减少箔带规格等等。大量的试验结果证实了这种论断。文中并提出相当半径间隙的概念用测试和计算相结合的方法探索气膜压力的近似分布规律。     

圆柱滚子轴承的刚度计算

针对基于Hertz接触理论的轴承刚度计算方法在实际应用中存在较大局限性的问题,通过实验方法建立基于超声波的油膜刚度测试模型,并运用现代微观理论建立了滚子轴承的接触刚度分形模型,推导出油膜刚度和接触刚度与径向载荷的关系。研究分析表明随着径向载荷的增加,油膜刚度和法向接触刚度不断增大。为证明该方法的有效性,运用所建立的模型对某型圆柱滚子轴承进行实例分析,计算得出该滚子轴承的径向刚度。结果表明:油膜刚度与径向载荷成线性关系,随着径向载荷的增大,法向接触刚度增长速率变缓。