一种用于惯导仪器的动压气体轴承的研制

本文对惯导仪器关键部件中陀螺仪的两类主轴承进行了比较,在简要阐明动压气体轴承工作原理的基础上,对轴承设计制造、动态性能测试及轴承材料的选用问题作了介绍,所提供的一些数据对从事导航专业的科技工作者有一定的参考价值。     

高强度微晶碳化硼陶瓷的研究

本研究在保证碳化硼粉末充分热致密化的前提下,控制了晶粒长大,从而获得了高强度的微晶碳化硼制件。研究中采用硼酸碳热还原法在碳管炉中制得碳化硼粗粉,经振动球磨、酸洗和分级获得了微米级细粉,其化学成分和杂质含量符合国标GB5151-85中PB_4CH-1粉末的要求。本研究还进行了添加剂对热压碳化硼晶粒长大影响的实验。实验表明:硼的加入不仅降低了热压温度,而且有效地控制了晶粒长大,用同种粉末和工艺,晶粒度由6.00μm降至3.72μm。在普通烧结中,少量碳的加入显示了很好的烧结活化作用,但碳对热压没有显示积极的效果。氧化钐的加入明显促进晶粒长大,在相同条件下,晶粒度高达8.06μm。本研究制得的成品由于充分保证了热致密化,故其热压坯晶界强度高,断口晶粒细且均匀,抗弯强度与晶粒度之间的关系符合Osipov建立的方程:σ=σ_0+Kd~(-1/2)。其性能达到或超过了文献报导的最好水平。主要性能为:抗弯强度:578-585MPa;克努普硬度(负荷100g):2800—3000km/mm~2;孔隙度:<0.5％;平均晶粒度:1—2.5μm;比重:2.49—2.51g/cm~3。     

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.     

全动压气体轴承透平膨胀机机械性能的试验研究

在一台额定转速为10 64×104 r/min的高速透平膨胀机(轴径为25 00 mm,转子质量为891 g)上,采用新型弹性支承箔片动压径向轴承和螺旋槽动压止推轴承对全动压气体轴承透平膨胀机的机械性能进行了试验研究,达到了转速为12 16×104 r/min、超速14%稳定运转的良好效果.还对全动压气体轴承副的性能进行了研究,验证了全动压气体轴承高速透平转子失稳的主要因素是动压止推轴承承载力丧失而造成的止推轴承失稳,并对止推间隙的影响因素和变化规律进行了探讨.试验结果表明,在高速透平机械中采用国产全动压气体轴承是完全可行的.     

热压微晶碳化硼材料研磨面白斑成因探析

热压微晶碳化硼材料是用于宇航控制系统的材料 ,对其可靠性要求极高 .有些热压微晶碳化硼材料研磨面上有宏观可见的白色斑点 ,这是一种异常现象 .通过对白色区形貌和成分的分析 ,认为白斑是在磨削过程中形成的基体表面剥落 ,剥落区凹凸不平造成反光强度不同 ,因而在宏观上呈现为白色 .白斑区成分是正常的碳化硼相 ,并非夹杂有外来物质 ,并提出了消除这一现象的可能途径     

气体动压润滑轴承起停试验台起停控制器设计

本文介绍的起停控制器是为国家自然科学基金资助项目“三可倾瓦气体动压润滑轴承的研制”中的气体动压润滑轴承的起停止性能及摩擦副材料组配试验而设计的起停试验台所配备的。介绍了采用电子控制电路控制轴承主轴驱动电机的工作原理、电路图及功能与性能。     

新型箔片动压止推气体轴承承载特性的试验研究

根据箔片轴承的结构特点,首次提出了一种具有鼓泡弹性支承的箔片轴承新结构,并在止推轴承试验台上对新型鼓泡弹性支承止推气体轴承开展了试验研究,对该轴承的稳定性及承载能力进行了初步测试和分析.与通常具有弹性支承的波箔箔片轴承结构相比较,该新型箔片止推轴承具有结构简单、加工方便的特点.基于弹性力学的考虑,通过改变半球型鼓泡的高度、直径及鼓泡的排列分布等一系列的参数来适应载荷的需要.承载特性的试验研究显示,所开发的止推气体轴承可通过鼓泡自身弹性变形很好地调节刚度和阻尼,并具有较好的稳定性和承载能力.     

热压工艺对碳化硼显微结构和力学性能的影响

讨论了不同热压工艺参数对碳化硼烧结体的硼碳原子比（Ｂ／Ｃ）、显微结构和力学性能的影响．实验结果表明：在烧结过程中，粉体中的游离碳通过与碳化硼晶体之间的扩散，使碳化硼的Ｂ／Ｃ发生下降；碳化硼烧结体的杨氏模量随其体积密度的增加而升高，抗弯强度与气孔率和晶粒尺寸有关，当热压温度和热压压力分别为２０００～２１００℃和３０～３５ＭＰａ时，碳化硼烧结体的晶粒尺寸均匀，为３～５μｍ；相对密度为９２％～９８％Ｔ．Ｄ．；抗弯强度为４００～５００ＭＰａ．     

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．     

气体动压润滑轴承起停试验台高温装置的配备

本文介绍了为自行设计的气体动压润滑轴承起停试验台所配备的高温装置的组成、结构和原理。此乃国家自然科学基金资助项目“三可倾互气体动压润滑轴承的研制”的一部分工作。     

低温空气透平膨胀机的气体槽式动压轴承

本文描述了使用于低温空气透平膨胀机的径向及轴向气体槽式动压轴承。透平膨胀机的转子为横卧式,转速为10.7×10~4 r/min。在槽式动压轴承外使用了O形橡皮圈。与一般动压轴承相比,该轴承的间隙大,稳定性高。此外,为了避免轴承间隙内生成的热量传到透平冷端,采用了轴承内腔水冷却的结构。动压轴承低温空气透平膨胀机的运转试验及稳定性试验表明,该动压轴承的稳定性良好,可以使用于小型低温透平膨胀机上。     

透平膨胀机气体动压可倾瓦止推轴承承载特性的研究

为探讨几何参数对可倾压动止推气机轴承承载能力的影响，在自行设计的止推轴承实验台上进行了大量的实验研究，提出了一睦几何参数取值的最佳范围，应用有限元法对平面扇形可倾瓦及曲面扇形可倾瓦时进行了理论计算，并将计算结果与实验数据进行了对比，得出曲面瓦优于平面瓦等一些有益的结论。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

锯齿形多槽式动静压气体润滑轴承稳态和动态特性的研究

针对所提出的一种锯齿形多槽式动静压气体的润滑轴承，研究了轴承主要设计参数对稳态和动态特性的影响规律，得出了一般的设计原则。