【摘要】：薄片動(dòng)壓軸承是一種以彈性薄片構(gòu)成柔性接觸面,以高速氣體通過收斂間隙形成的動(dòng)壓效應(yīng)完成非接觸式支承的軸承。優(yōu)點(diǎn)是極限溫度環(huán)境下適應(yīng)性好,高轉(zhuǎn)速條件下良好的阻尼特性,裝配誤差容許度好,壽命長。所以,其已經(jīng)在低溫制氧機(jī)、空氣循環(huán)機(jī)、微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪增壓器、高速風(fēng)機(jī)中有了實(shí)際的應(yīng)用。但是,懸臂型薄片軸承目前存在的技術(shù)資料較少,且主要被外國的科研機(jī)構(gòu)所掌握。同時(shí),互相搭接的薄片結(jié)構(gòu)復(fù)雜,理論建模不夠完善,因而本文主要的工作便是構(gòu)建一個(gè)考慮到了諸多因素的理論模型,加以仿真計(jì)算,再通過實(shí)驗(yàn)研究,完成對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文基于有限元法對(duì)軸承-氣膜-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了充分的理論建模。首先,采用曲梁單元對(duì)各個(gè)懸臂建立有限元模型。其次,考慮到薄片之間、薄片與軸套之間、薄片與轉(zhuǎn)子之間的接觸約束,基于計(jì)算接觸力學(xué)構(gòu)建各結(jié)構(gòu)間的接觸模型,通過牛頓迭代法計(jì)算相互搭接的薄片結(jié)構(gòu)的非線性變形。同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子裝配與靜態(tài)加載過程也進(jìn)行了理論建模,從而使得薄片軸承的理論計(jì)算更貼近實(shí)際物理模型。關(guān)于氣膜分析,基于伽遼金法對(duì)雷諾方程進(jìn)行逐步降階,通過有限元法求解,獲得了氣膜的厚度和壓力分布,完成氣彈耦合計(jì)算,最終完成對(duì)懸臂型薄片軸承理論性能的整體建模。在對(duì)模型進(jìn)行編程計(jì)算后,得到的加載仿真結(jié)果表明:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大小對(duì)軸承的極限承載能力影響較小。此外,在考慮軸套約束后,承載力計(jì)算值較大,更加接近實(shí)驗(yàn)值。懸臂型薄片軸承的承載特性受到薄片厚度、薄片曲率半徑以及徑向間隙等因素的影響較大,且各個(gè)分析參數(shù)在提高軸承極限承載能力方面都存在著理論上的最優(yōu)值。本文設(shè)計(jì)并搭建了用于八懸臂薄片軸承性能測試的平臺(tái),設(shè)計(jì)加工軸承實(shí)驗(yàn)件,完成了靜態(tài)轉(zhuǎn)子加卸載實(shí)驗(yàn),得到了薄片結(jié)構(gòu)承載特性,且在不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行軸承加載實(shí)驗(yàn),測試了軸承承載能力。得到的結(jié)果表明:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)軸承承載特性的影響確實(shí)較小,而測得實(shí)際的結(jié)構(gòu)剛度和極限負(fù)載均比仿真的結(jié)果偏大。
【圖文】：

也就意味著轉(zhuǎn)子插入后在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能反轉(zhuǎn)，一旦反轉(zhuǎn)，軸承無法形成動(dòng)壓將轉(zhuǎn)子浮起，造成軸承的失效。圖2-1 氣體動(dòng)壓潤滑原理示意圖Rxy轉(zhuǎn)子表面1OO'1I ,Ihbθ不均勻網(wǎng)格均勻網(wǎng)格34ω圖 2-2 八懸臂薄片軸承結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2-3 軸承氣膜潤滑示意圖2.2.2 薄片曲梁模型構(gòu)建當(dāng)薄片軸承剛裝配好時(shí)，，正處于理論設(shè)計(jì)下的初始狀態(tài)，各個(gè)薄片之間輕輕相互重疊，上下薄片之間處于線接觸的狀態(tài)。搭配轉(zhuǎn)子安裝好的薄片軸承在理想狀態(tài)下應(yīng)如圖 2-4 所示，O 為軸承外殼的加工圓心，M 是內(nèi)部轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心，O1和 O2分別是薄片裝配好后的初始曲率圓圓心。由于目前的懸臂型薄片軸承均屬于中心對(duì)稱性分布，則顯然，它們的曲率圓的圓心必然落在同一個(gè)構(gòu)造圓上。

收斂型的楔形間隙的時(shí)候，由于其流量恒定但流過的橫截面積逐步減小，其內(nèi)部必然產(chǎn)生一定的動(dòng)壓力以便于氣體加速流出面積縮小的間隙口。而分析到圖 2-2 所示的八懸臂徑向薄片軸承的結(jié)構(gòu)示意圖以及 2-3 的氣膜潤滑原理圖時(shí)，其主要的結(jié)構(gòu)由 8 個(gè)厚度極為薄的薄片、8 個(gè)細(xì)長的緊固條以及軸承殼體三個(gè)部分組成。彈性薄片的鎖緊端是被緊固條塞緊固定在沿軸套軸向均勻分布的八個(gè)凹槽里，而放松的另一端則是按順序自由的搭放到相鄰的薄片上，最終完全的構(gòu)成一個(gè)形成封閉環(huán)，以確保彈性表面就會(huì)將伸入相對(duì)的轉(zhuǎn)子表面完美包住，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)子與軸承殼直接接觸的情況。當(dāng)轉(zhuǎn)子開始運(yùn)轉(zhuǎn)，便會(huì)形成多個(gè)收斂的楔形間隙，為其提供足夠的高壓氣膜，完成氣體潤滑軸承的使命。此外，這種形式的構(gòu)型，無疑比靠著反復(fù)彎折的波箔式軸承有著更好的適應(yīng)性，可以駕馭?
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH133.37

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本文編號(hào)：2663634