基于庫倫摩擦效應的徑向氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特性.pdf

1、動壓氣體箔片軸承較滾動軸承具有的運轉(zhuǎn)速度高、無污染、回轉(zhuǎn)精度高、運行壽命長、高溫低溫等極限環(huán)境適應性強等諸多優(yōu)點使其在航空航天、低溫制冷等關鍵領域具有廣闊的發(fā)展前景和重要的應用價值。波箔型徑向氣體箔片軸承的彈性表面自適應性以及箔片結構內(nèi)部干摩擦給軸承帶來高轉(zhuǎn)速、強穩(wěn)定性等優(yōu)點的同時也給軸承箔片結構理論建模帶來了難度。本文針對軸承箔片結構內(nèi)部的摩擦問題展開研究,從箔片軸承理論建模和數(shù)值計算方法等基本問題出發(fā),分析了箔片結構內(nèi)部摩擦效應對軸

2、承靜動態(tài)特性的影響,并在此基礎上搭建了軸承性能測試試驗臺和軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)特性試驗臺,對箔片軸承進行試驗研究,為氣體箔片軸承箔片結構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構內(nèi)部摩擦效應的波紋箔片剛度理論計算模型,研究了摩擦效應對波紋箔片剛度特性的影響,分析結果表明箔片結構的庫倫摩擦效應在一定程度上增大了波紋箔片的剛度,波紋箔片庫倫摩擦模型具有比文獻線性彈簧更復雜的剛度特性。
　　在建立了考慮平

3、箔片剪切剛度和箔片結構摩擦效應的箔片結構有限元模型的基礎上,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構庫倫摩擦效應對軸承靜態(tài)特性的影響,并將計算結果與NASA試驗數(shù)據(jù)對比驗證了箔片結構模型以及數(shù)值仿真方法的正確性。
　　基于小擾動法,結合氣體Reynolds方程、氣膜壓力、氣膜厚度和箔片變形之間的數(shù)學關系推導出軸承動力學特性系數(shù)計算微分方程,通過有限差

4、分法對其進行求解得到不同箔片結構摩擦系數(shù)條件下軸承動力學特性系數(shù),獲得了波紋箔片摩擦效應對軸承氣膜剛度和阻尼系數(shù)的影響規(guī)律。
　　根據(jù)有限元法建立實際的波箔型徑向氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型,結合軸承在各個轉(zhuǎn)速下的剛度和阻尼系數(shù),通過求解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率方程分析了箔片結構摩擦效應對箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)前三階臨界轉(zhuǎn)速的影響。利用Newmark數(shù)值計算方法分析了軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學穩(wěn)定性,結果表明軸承支承處振動幅值隨著轉(zhuǎn)速的升高而降低,雖然

5、高速轉(zhuǎn)速較低轉(zhuǎn)速時振動出現(xiàn)低頻分量,但軸心軌跡重復性好,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。
　　設計并建立了波箔型徑向氣體箔片軸承特性測試試驗臺,通過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構摩擦效應對波箔型徑向氣體箔片軸承特性影響的試驗方法,并對箔片軸承靜剛度、起飛轉(zhuǎn)速、極限承載力和軸承動力學特性系數(shù)進行了測試,結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