弹性波箔动压径向气体轴承的理论分析与实验设计

论文摘要

弹性波箔动压径向气体轴承是一种新型的支承元件。国外已有成型产品用于透平膨胀机等高速旋转设备上,在理论和应用方面都进行了较为深入地研究。而国内目前主要处在理论探索阶段,对轴承性能的研究虽有些相关报告,但系统性的理论分析还没有形成,特别是在应用方面还没有成熟的产品出现。该类轴承的箔片弹性及阻尼对轴承工作性能的影响比较复杂,精确建模困难较大。本论文主要完成了以下几个方面的工作。首先分析了弹性箔片在载荷作用下的变形规律,得到箔片变形的计算模型。然后建立了弹性波箔轴承的热流体动力模型,应用数值方法并编程计算,得到波箔轴承压力、膜厚分布规律,并讨论了其与偏心率、长径比等影响参数之间变化关系,比较了刚性轴承与波箔轴承在压力、膜厚分布上的差异,求解了轴承工作区的气膜温度场。在此基础上建立了动特性模型,得到轴承气膜刚度、阻尼与偏心率、长径比、轴承数之间的关系。最后为进行实验验证,设计了箔片加工模具,制作了部分轴承零件,设计了轴承测试实验台。本论文的研究工作为进一步对该类轴承进行深入的理论分析和实验测试做了一定的基础工作,希望为今后波箔轴承及相近弹性轴承的研究提供一定的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 气体轴承的发展
• 1.2 本课题的研究背景
• 1.3 本论文的工作
• 第二章 弹性箔片的变形分析
• 2.1 波箔轴承弹性箔片结构总体分析
• 2.2 波箔轴承弹性平型箔片变形分析
• 2.3 波箔轴承弹性波型箔片变形分析
• 2.4 波箔轴承箔片合变形分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 波箔轴承的热流体动力学分析
• 3.1 波箔轴承模型的建立
• 3.1.1 Reynolds 方程的简化
• 3.1.2 Reynolds 方程的无量纲化处理
• 3.2 波箔轴承模型有限差分法求解
• 3.2.1 差分与差商
• 3.2.2 Reynolds 方程差分法结果
• 3.2.3 气体轴承边界条件的引入
• 3.3 单元变换与气膜压力数值积分
• 3.3.1 整体与局部坐标之间的变换
• 3.3.2 轴承承载力的计算
• 3.4 弹性箔片各节点位置受力情况分析
• 3.5 静特性的计算程序编制与结果分析
• 3.5.1 计算程序流程图的编制
• 3.5.2 静特性计算结果分析
• 3.6 波箔轴承气膜温度场模型的建立
• 3.6.1 温度场理论模型推导
• 3.6.2 温度场模型的有限差分格式
• 3.6.3 传热对温度场的影响
• 3.7 波箔轴承气膜温度场的数值求解与结果分析
• 3.7.1 温度场的数值求解
• 3.7.2 温度场的计算结果分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 波箔轴承的动特性分析
• 4.1 轴承动特性系数的定义
• 4.2 轴承动特性系数的数值求解
• 4.2.1 刚度的求解模型
• 4.2.2 阻尼的求解模型
• 4.2.3 动特性系数计算程序流程图的编制
• 4.3 动特性计算结果分析
• 4.3.1 不同偏心率下动特性分析
• 4.3.2 轴承轴承数对动特性系数的影响
• 4.3.3 轴承长径比对动特性系数的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 波箔动压径向气体轴承的实验设计
• 5.1 波箔轴承的材料处理
• 5.1.1 箔片材料的选择
• 5.1.2 轴颈材料的选用
• 5.1.3 箔片涂层及处理方法
• 5.2 波箔轴承的制作及其加工模具设计
• 5.2.1 波箔轴承的制作过程
• 5.2.2 波箔轴承箔片的模具设计
• 5.3 波箔轴承测试实验台的设计
• 5.3.1 实验台总体结构设计
• 5.3.2 实验台测试系统设计
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学习期间的研究成果及发表的论文