彈性箔片氣體動(dòng)壓推力軸承的靜動(dòng)態(tài)特性和熱特性研究.pdf

1、彈性箔片氣體動(dòng)壓軸承是一種以柔性表面為支承的自作用式氣體動(dòng)壓軸承。箔片氣體軸承在無(wú)油渦輪機(jī)械和空氣循環(huán)機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。彈性箔片氣體動(dòng)壓推力軸承為現(xiàn)代無(wú)油渦輪機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提供軸向支承，降低了維護(hù)成本和整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量。為了將箔片氣體推力軸承應(yīng)用到高速、重載的旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮由渦輪端和壓縮機(jī)兩端的壓力差產(chǎn)生的軸向力。轉(zhuǎn)子上的推力盤(pán)一般用來(lái)承載軸系所受的軸向力以及保持轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)中的姿態(tài)。
　　目前，與箔片氣

2、體動(dòng)壓徑向軸承相比，箔片氣體動(dòng)壓推力軸承的流體動(dòng)力潤(rùn)滑研究相對(duì)滯后。因此，本文通過(guò)建立理論模型，對(duì)箔片氣體動(dòng)壓推力軸承的流體潤(rùn)滑特性和熱特性進(jìn)行了研究。在分析彈性箔片氣體動(dòng)壓軸承潤(rùn)滑性能的理論模型中，需要考慮流體動(dòng)壓效應(yīng)和軸承表面變形的流固耦合效應(yīng)。本文采用link-spring模型計(jì)算波箔片的等效垂直剛度。該模型詳盡考慮了波箔片的彈性、相鄰波形突起的相互作用力以及各接觸表面之間的摩擦力。同時(shí)，由于頂箔的變形會(huì)引起氣膜厚度的變化，本文采

3、用有限元法中的殼單元模擬頂箔的受力變形。采用有限差分法求解穩(wěn)態(tài)Reynolds方程和通過(guò)擾動(dòng)法處理非定常狀態(tài)下的Reynolds方程獲得的兩個(gè)動(dòng)態(tài)系數(shù)擾動(dòng)方程，求得軸承的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。在求解過(guò)程中，在氣膜厚度方程中考慮了箔片結(jié)構(gòu)的受力變形。將理論計(jì)算的軸承承載能力與已公開(kāi)文獻(xiàn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，二者吻合得很好，從而驗(yàn)證了本文所建立模型的正確性。另外，本文還研究了轉(zhuǎn)速、初始最小氣膜厚度、氣體入口區(qū)和出口區(qū)的膜厚比等工作參數(shù)，

4、波箔片的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及轉(zhuǎn)子不對(duì)中對(duì)軸承性能的影響，為軸承的設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)。
　　在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子和軸承表面間的潤(rùn)滑氣膜中存在粘性剪切作用以及潤(rùn)滑氣體受壓縮做功，會(huì)導(dǎo)致氣膜的溫度升高。軸承的溫升對(duì)軸承的性能有非常大的影響。因此，本文通過(guò)考慮轉(zhuǎn)子—推力軸承系統(tǒng)的流體動(dòng)力潤(rùn)滑、熱效應(yīng)和熱膨脹的影響，建立了由廣義的雷諾方程、膜厚方程、能量方程、粘度方程、固體熱傳導(dǎo)方程和固體熱膨脹方程聯(lián)立得到的轉(zhuǎn)子—推力軸承系統(tǒng)的三維熱流體動(dòng)力潤(rùn)