【摘要】：動(dòng)壓氣體箔片軸承較滾動(dòng)軸承具有的運(yùn)轉(zhuǎn)速度高、無(wú)污染、回轉(zhuǎn)精度高、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、高溫低溫等極限環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)使其在航空航天、低溫制冷等關(guān)鍵領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景和重要的應(yīng)用價(jià)值。波箔型徑向氣體箔片軸承的彈性表面自適應(yīng)性以及箔片結(jié)構(gòu)內(nèi)部干摩擦給軸承帶來(lái)高轉(zhuǎn)速、強(qiáng)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也給軸承箔片結(jié)構(gòu)理論建模帶來(lái)了難度。本文針對(duì)軸承箔片結(jié)構(gòu)內(nèi)部的摩擦問(wèn)題展開(kāi)研究，從箔片軸承理論建模和數(shù)值計(jì)算方法等基本問(wèn)題出發(fā)，分析了箔片結(jié)構(gòu)內(nèi)部摩擦效應(yīng)對(duì)軸承靜動(dòng)態(tài)特性的影響，并在此基礎(chǔ)上搭建了軸承性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)和軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)特性試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)箔片軸承進(jìn)行試驗(yàn)研究,為氣體箔片軸承箔片結(jié)構(gòu)摩擦特性提供新的研究方法和手段。 基于有限單元法建立了充分考慮箔片結(jié)構(gòu)內(nèi)部摩擦效應(yīng)的波紋箔片剛度理論計(jì)算模型，研究了摩擦效應(yīng)對(duì)波紋箔片剛度特性的影響，分析結(jié)果表明箔片結(jié)構(gòu)的庫(kù)倫摩擦效應(yīng)在一定程度上增大了波紋箔片的剛度，波紋箔片庫(kù)倫摩擦模型具有比文獻(xiàn)線性彈簧更復(fù)雜的剛度特性。 在建立了考慮平箔片剪切剛度和箔片結(jié)構(gòu)摩擦效應(yīng)的箔片結(jié)構(gòu)有限元模型的基礎(chǔ)上，采用有限單元法（FEM）和有限差分法（FDM）耦合求解Reynolds方程和氣膜厚度方程，研究了平箔片剪切剛度以及箔片結(jié)構(gòu)庫(kù)倫摩擦效應(yīng)對(duì)軸承靜態(tài)特性的影響，并將計(jì)算結(jié)果與NASA試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了箔片結(jié)構(gòu)模型以及數(shù)值仿真方法的正確性。 基于小擾動(dòng)法，結(jié)合氣體Reynolds方程、氣膜壓力、氣膜厚度和箔片變形之間的數(shù)學(xué)關(guān)系推導(dǎo)出軸承動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)計(jì)算微分方程，通過(guò)有限差分法對(duì)其進(jìn)行求解得到不同箔片結(jié)構(gòu)摩擦系數(shù)條件下軸承動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)，獲得了波紋箔片摩擦效應(yīng)對(duì)軸承氣膜剛度和阻尼系數(shù)的影響規(guī)律。 根據(jù)有限元法建立實(shí)際的波箔型徑向氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，結(jié)合軸承在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的剛度和阻尼系數(shù)，通過(guò)求解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率方程分析了箔片結(jié)構(gòu)摩擦效應(yīng)對(duì)箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)前三階臨界轉(zhuǎn)速的影響。利用Newmark數(shù)值計(jì)算方法分析了軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，結(jié)果表明軸承支承處振動(dòng)幅值隨著轉(zhuǎn)速的升高而降低，雖然高速轉(zhuǎn)速較低轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)出現(xiàn)低頻分量，但軸心軌跡重復(fù)性好，并且波紋箔片和軸承殼之間摩擦系數(shù)越小，軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性越高。 設(shè)計(jì)并建立了波箔型徑向氣體箔片軸承特性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，，通過(guò)改變軸承殼圓柱孔內(nèi)表面粗糙度，提出了一種研究箔片結(jié)構(gòu)摩擦效應(yīng)對(duì)波箔型徑向氣體箔片軸承特性影響的試驗(yàn)方法，并對(duì)箔片軸承靜剛度、起飛轉(zhuǎn)速、極限承載力和軸承動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明降低軸承殼圓柱孔內(nèi)表面粗糙度能夠減小軸承靜剛度，使得箔片軸承的懸浮轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承啟停時(shí)表面磨損，延長(zhǎng)了軸承壽命，同時(shí)還能夠有效提高軸承極限承載力，為提高箔片軸承承載力提供新的思路。 設(shè)計(jì)并搭建了波箔型徑向氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，基于振動(dòng)頻率和平箔片溫度測(cè)量準(zhǔn)確判斷了轉(zhuǎn)子起飛轉(zhuǎn)速，重點(diǎn)分析了波紋箔片和軸承殼之間摩擦效應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響。通過(guò)降低軸承殼內(nèi)表面粗糙度有效消除了轉(zhuǎn)子高頻振動(dòng)，提高了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，為提高箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提供了新的方法。
【圖文】：

- 103 -圖 0-12 壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)備照片F(xiàn)ig.0-12 Photo for compressor system表 5-5 軸承起飛轉(zhuǎn)速試驗(yàn)用傳感器參數(shù)匯總表Table 5-5 Parameters of sensors used for bearing lift-off speed test傳感器名稱 型號(hào) 測(cè)量精光電轉(zhuǎn)速傳感器 SZGB-6 1 r/m靜力傳感器 HDW301 0.1 N測(cè)試結(jié)果變軸承載荷，對(duì)兩個(gè)軸承殼內(nèi)壁不同表面粗糙度的箔片，軸承載荷分別為：0、4.9N、9.6N 和 14.5N。圖 0-13承殼圓柱孔內(nèi)表面粗糙度為 Ra=1.6 μm 的箔片軸承在一轉(zhuǎn)速和軸承摩擦力矩隨時(shí)間變化曲線。從圖中可以看出

(a)(c)圖 0-23 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制設(shè)備 (a) 高壓氮?dú)怃撈?(b) 渦輪 (c) 穩(wěn)壓閥.0-23 Drive system and control device. (a) High-pressure nitrogen tank, (b) Turbine,Regulator valve.4 試驗(yàn)用傳感器介紹試驗(yàn)用傳感器參數(shù)如表 5-7 所示。表 5-7 軸承極限承載力試驗(yàn)用傳感器參數(shù)匯總表Table 5-7 Parameters of sensors used for bearing limiting load capacity test編號(hào) 傳感器名稱 型號(hào) 測(cè)量精度1 光電轉(zhuǎn)速傳感器 SZGB-6 1 r/min2 靜力傳感器 HDW301 0.1 N3 熱電偶溫度傳感器 K 型 0.1 ℃3 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果本試驗(yàn)在轉(zhuǎn)速為 10,000 r/min 和 20,000 r/min 下分別對(duì)兩個(gè)軸承進(jìn)行極測(cè)試，施加載荷與溫度變化結(jié)果分別如圖 0-24 和圖 0-25 所示，將結(jié)表 5-8，試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同轉(zhuǎn)速下，增大軸承殼內(nèi)表面粗糙度，能極限承載力降低，同時(shí)在相同軸承殼內(nèi)表面粗糙度下，轉(zhuǎn)速越高，軸
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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3 侯予,朱朝輝,姚艷霞,王瑾,陳純正;高速動(dòng)壓氣體軸承箔片材料表面處理的探討[J];潤(rùn)滑與密封;2003年04期

4 侯予,王瑾,熊聯(lián)友,陳純正;高速透平氣體軸承試驗(yàn)臺(tái)的建立[J];潤(rùn)滑與密封;2003年05期

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本文編號(hào)：2552736