基于庫倫摩擦效應(yīng)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(yīng)性強等諸多優(yōu)點使其在航空航天、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高轉(zhuǎn)速、強穩(wěn)定性等優(yōu)點的同時也給軸承箔片結(jié)構(gòu)理論建模帶來了難度。本文針對軸承箔片結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)部摩擦效應(yīng)對軸

2、承靜動態(tài)特性的影響,并在此基礎(chǔ)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(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算模型,研究了摩擦效應(yīng)對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,波紋箔片庫倫摩擦模型具有比文獻線性彈簧更復(fù)雜的剛度特性。
　　在建立了考慮平

3、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)庫倫摩擦效應(yīng)對軸承靜態(tài)特性的影響,并將計算結(jié)果與NASA試驗數(shù)據(jù)對比驗證了箔片結(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)出軸承動力學(xué)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(jié)構(gòu)摩擦系數(shù)條件下軸承動力學(xué)特性系數(shù),獲得了波紋箔片摩擦效應(yīng)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(jié)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(jié)構(gòu)摩擦效應(yīng)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(xué)穩(wěn)定性,結(jié)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(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(jié)構(gòu)摩擦效應(yīng)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(xué)特性系數(shù)進行了測試,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