發(fā)布時間：2020-11-20 19:36

　　 動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、高可靠性等優(yōu)點在航空航天、低溫工程等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而,低粘度潤滑氣體的采用,使得氣體箔片軸承的承載力和動態(tài)性能相比油潤滑剛性表面軸承有所降低。同時,潤滑氣體流體激勵與箔片結(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)低頻振動問題。為提高箔片軸承承載力及動態(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態(tài)性能及熱特性,驗證了新型結(jié)構(gòu)軸承的優(yōu)越性;針對低頻振動現(xiàn)象,研究了箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)特性高效的時間序列預(yù)測算法,在此基礎(chǔ)上,搭建箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗臺,進行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性試驗驗證,為氣體箔片軸承的設(shè)計、應(yīng)用提供理論及試驗支撐。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)域開設(shè)沿圓周方向貫通的微槽,微槽深度在微米量級;針對該軸承中更加突出的氣體稀薄問題,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、動力學(xué)特性等性能。分析氣體滑移邊界對新型徑向箔片軸承靜、動態(tài)性能的影響規(guī)律,驗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)徑向箔片軸承對比指出,平箔片表面微槽結(jié)構(gòu)的引入,可減少潤滑氣體端泄,加強軸承承載力及動態(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,每個扇形平箔片在中間區(qū)域開設(shè)微坑,微坑深度在微米量級;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的氣膜厚度表達式;分析了平箔片表面微坑深度、氣體邊界滑移效應(yīng)對新型止推箔片軸承靜、動態(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力學(xué)特性。針對新型徑向箔片軸承中潤滑氣體端泄量減少可能帶來的更加突出的熱問題,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新型徑向箔片軸承溫升特性的影響,指出軸承氣膜溫度會隨平箔片微槽深度的增大而有所升高。對比常溫狀態(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)非線性動力學(xué)特性分析中,針對傳統(tǒng)弱耦合算法時間不同步帶來的求解效率低的問題,從時間序列統(tǒng)計學(xué)角度出發(fā),提出了基于時間序列的預(yù)測算法;與弱耦合算法比較,驗證了時間序列預(yù)測算法具有更高的收斂速度和計算效率�；�于時間序列預(yù)測方法,研究了箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學(xué)特性,分析了轉(zhuǎn)子的低頻振動現(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)剛度作用會使轉(zhuǎn)子低階臨界轉(zhuǎn)速有所增大。設(shè)計并搭建了氣體箔片軸承支承渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗臺,進行了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性試驗。通過與仿真結(jié)果對比,驗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)定的無油渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。試驗研究了徑向箔片軸承平箔片微槽深度對轉(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 光電測量范圍 0~250,000 r/min測量距離 ≤1.0 m加速度計類型 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】

相關(guān)期刊論文 前10條

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

2 楊琴;劉宇陸;張海軍;祝長生;;氣體稀薄效應(yīng)對微機電系統(tǒng)(MEMS)氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應(yīng)的影響[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2015年07期

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

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9 賴天偉;馬斌;鄭越青;侯予;陳雙濤;;多層彈性支承箔片動壓氣體徑向軸承穩(wěn)定性的實驗研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2014年03期

10 徐方程;劉占生;馬瑞賢;閆佳佳;;箔片摩擦對波箔型徑向氣體軸承靜剛度和懸浮轉(zhuǎn)速影響實驗[J];航空動力學(xué)報;2013年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

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本文編號：2891894