發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 19:36

　　 動(dòng)壓氣體柔性箔片軸承以其高轉(zhuǎn)速、良好的抗沖擊性、溫度適應(yīng)性強(qiáng)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)在航空航天、低溫工程等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而,低粘度潤(rùn)滑氣體的采用,使得氣體箔片軸承的承載力和動(dòng)態(tài)性能相比油潤(rùn)滑剛性表面軸承有所降低。同時(shí),潤(rùn)滑氣體流體激勵(lì)與箔片結(jié)構(gòu)間的摩擦相互作用,導(dǎo)致氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)問(wèn)題。為提高箔片軸承承載力及動(dòng)態(tài)性能,豐富其應(yīng)用范圍,本文提出了具有表面微結(jié)構(gòu)的新型徑向和止推箔片軸承,建立了稀薄氣體下箔片軸承氣熱彈耦合模型,分析了新型箔片軸承的靜動(dòng)態(tài)性能及熱特性,驗(yàn)證了新型結(jié)構(gòu)軸承的優(yōu)越性;針對(duì)低頻振動(dòng)現(xiàn)象,研究了箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性高效的時(shí)間序列預(yù)測(cè)算法,在此基礎(chǔ)上,搭建箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)驗(yàn)證,為氣體箔片軸承的設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供理論及試驗(yàn)支撐。為提高徑向箔片軸承承載力,提出了具有表面微結(jié)構(gòu)的新型波箔型徑向箔片軸承,平箔片在中間區(qū)域開(kāi)設(shè)沿圓周方向貫通的微槽,微槽深度在微米量級(jí);針對(duì)該軸承中更加突出的氣體稀薄問(wèn)題,建立了滑移速度邊界的稀薄氣體壓力控制方程;基于有限差分法仿真研究了常溫狀態(tài)下軸承承載力、粘性摩擦力矩、動(dòng)力學(xué)特性等性能。分析氣體滑移邊界對(duì)新型徑向箔片軸承靜、動(dòng)態(tài)性能的影響規(guī)律,驗(yàn)證了新型徑向箔片軸承中更加明顯的稀薄氣體邊界滑移作用。與傳統(tǒng)徑向箔片軸承對(duì)比指出,平箔片表面微槽結(jié)構(gòu)的引入,可減少潤(rùn)滑氣體端泄,加強(qiáng)軸承承載力及動(dòng)態(tài)性能,且微槽深度越大,軸承性能提高越顯著。提出了具有表面微結(jié)構(gòu)的新型止推箔片軸承,每個(gè)扇形平箔片在中間區(qū)域開(kāi)設(shè)微坑,微坑深度在微米量級(jí);建立止推箔片軸承滑移速度邊界的壓力控制方程,給出了止推盤傾斜時(shí)的氣膜厚度表達(dá)式;分析了平箔片表面微坑深度、氣體邊界滑移效應(yīng)對(duì)新型止推箔片軸承靜、動(dòng)態(tài)性能的影響。結(jié)果表明具有表面微坑的新型止推箔片軸承在微坑出口處形成額外的收斂楔,使氣膜壓力升高,提升了軸承承載力及動(dòng)力學(xué)特性。針對(duì)新型徑向箔片軸承中潤(rùn)滑氣體端泄量減少可能帶來(lái)的更加突出的熱問(wèn)題,建立了稀薄氣體下的能量方程及其求解邊界條件;與氣膜壓力控制方程和箔片變形方程耦合,建立了稀薄氣體邊界速度滑移和溫度跳躍條件下的新型徑向箔片軸承氣熱彈耦合模型。分析了平箔片微槽深度對(duì)新型徑向箔片軸承溫升特性的影響,指出軸承氣膜溫度會(huì)隨平箔片微槽深度的增大而有所升高。對(duì)比常溫狀態(tài)下軸承靜特性的仿真結(jié)果指出,耦合熱效應(yīng)作用會(huì)使氣體受熱膨脹且粘度升高,增大徑向箔片軸承的承載力及粘性摩擦力矩,且氣膜溫度水平越高,軸承靜態(tài)性能增大越明顯。在箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性分析中,針對(duì)傳統(tǒng)弱耦合算法時(shí)間不同步帶來(lái)的求解效率低的問(wèn)題,從時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)學(xué)角度出發(fā),提出了基于時(shí)間序列的預(yù)測(cè)算法;與弱耦合算法比較,驗(yàn)證了時(shí)間序列預(yù)測(cè)算法具有更高的收斂速度和計(jì)算效率。基于時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法,研究了箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性,分析了轉(zhuǎn)子的低頻振動(dòng)現(xiàn)象,指出具有表面微結(jié)構(gòu)的徑向箔片軸承可使轉(zhuǎn)子低頻出現(xiàn)轉(zhuǎn)速推遲,提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性。線性分析指出止推箔片軸承的旋轉(zhuǎn)剛度作用會(huì)使轉(zhuǎn)子低階臨界轉(zhuǎn)速有所增大。設(shè)計(jì)并搭建了氣體箔片軸承支承渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)。通過(guò)與仿真結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了本文仿真方法的正確性。調(diào)整徑向箔片軸承名義半徑間隙,獲得了高速穩(wěn)定的無(wú)油渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。試驗(yàn)研究了徑向箔片軸承平箔片微槽深度對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,獲得了與仿真分析一致的結(jié)果,驗(yàn)證了新型徑向箔片軸承有助于提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH133.3
【部分圖文】：

參 數(shù) 數(shù) 值位移傳感器類型 電渦流靈敏度 16 V/mm幅值線性度 0.26%FS光電傳感器類型 LED 光電測(cè)量范圍 0~250,000 r/min測(cè)量距離 ≤1.0 m加速度計(jì)類型 壓電式靈敏度 1.008 mV/(m/s2)量程范圍 ±4900 m/s2頻率范圍 1~5000 Hz偏壓電平 10.9 VDC
【參考文獻(xiàn)】

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1 謝仕龍;馬希直;劉享承;;固定方式對(duì)波箔氣體軸承箔片結(jié)構(gòu)剛度的影響[J];潤(rùn)滑與密封;2015年06期

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3 侯予;楊山舉;陳興亞;陳汝剛;賴天偉;陳雙濤;;箔片動(dòng)壓氣體軸承在低溫透平膨脹機(jī)中的應(yīng)用[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2015年04期

4 徐方程;劉占生;張?chǎng)?馬瑞賢;王羽;;箔片摩擦效應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子-箔片軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性影響試驗(yàn)[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2014年11期

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2 劉文琰;箔片結(jié)構(gòu)對(duì)箔片氣體軸承性能影響的分析[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2011年

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4 徐國(guó)慶;彈性波箔動(dòng)壓徑向氣體軸承的理論分析與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[D];南京航空航天大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2891894