气体箔片止推轴承与多孔质静压气体轴承实验研究

摘要

随着涡轮机械、精密机械加工、航空航天等技术的发展，旋转机械的转速不断提高。传统的轴承已经无法满足在高转速、高精度以及较高温度的要求下正常工作，轴承技术成为了限制旋转机械发展的关键技术之一。气体轴承在高速支承、高精密支承、低摩擦功耗支承和特殊工况支承这四个领域之中，具有绝对的应用优势。气体轴承在高速旋转机械的应用，主要是以动压轴承和静压轴承的形式。然而，由于加工困难、理论研究不够深入、实验研究不够充分等问题，直到近几年，气体轴承才开始被发掘并得到应用。本文研究两款气体轴承分别是气体箔片止推轴承和多孔质静压气体轴承。气体箔片轴承是一种动压式柔性轴承，依靠自身形成的一层润滑气膜运行。气体静压轴承的工作原理是气体在外部压力的作用下，通过节流层在轴承表面形成气体薄膜，用以支承外界的载荷。本文主要是搭建一个综合实验台，该实验台用以研究一款气体动压轴承和一款气体静压轴承的在高速旋转状态下的动态特性。本文的研究重点主要有以下几个方面:
　　(1)设计开发一个用以研究气体箔片止推轴承和多孔质静压气体轴承的实验台，实验台主要包括高速旋转部分，加载部分、供气系统和数据采集系统。其中高速旋转部分采用多孔质静压气体轴承作为转子径向支撑，实验台的轴向限位采用气体箔片止推轴承。采用XLrotor转子动力学软件对高速旋转部分的转子进行分析，结果表明该转子在设计的转速内能稳定工作。
　　(2)在课题组所总结得到的气体箔片径向轴承制作工艺的基础上，尝试并开发气体箔片止推轴承的制作工艺。根据总结出来的工艺，制作了五种不同结构的气体箔片止推轴承，并对其进行实验研究。实验结果表明，轴承结构刚度大于气膜刚度，而且随着箔片止推轴承运转速的越高，轴承刚度越大。
　　(3)对实验台高速旋转部分的轴承-转子系统进行了动平衡实验和转子动力学实验。动平衡实验包括单面动平衡和双面动平衡实验。转子动力学实验研究多孔质静压气体轴承对高速转子性能的影响，实验结果表明供气压力升高，能提高轴承刚度并抑制次同步振动。同时，本文还研究了多孔质静压气体轴承阻尼结构“O型圈”对转子振动响应的影响，“O型圈”阻尼器能抑制次同步振动，但轴承刚度会变小，转子一倍频(1X)振动会增大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 气体箔片轴承概述

1．2．1 气体箔片轴承简介

1．2．2 气体箔片轴承的研究意义

1．2．3 气体箔片轴承的结构

1．2．4 气体箔片止推轴承的理论研究

1．2．5 气体箔片止推轴承的实验研究

1．3．多孔质静压气体概述

1．3．1 多孔质静压气体轴承简介

1．3．2 多孔质静压气体轴承的研究意义

1．3．3 多孔质静压气体轴承的研究现状

1．4．本文主要研究内容

第2章 气体轴承综合实验台设计

2．1 气体轴承综合实验台总体结构设计

2．2 实验台加载部分的设计

2．2．1 加载部分的气体静压径向轴承设计

2．3 旋转部分的设计

2．4 供气系统的设计

2．5 旋转部分转子的转子动力学分析

2．5．1 多孔质静压气体轴承动态参数分析

2．5．2 转子动力学分析

2．6 本章小节

第3章 气体箔片止推轴承的制作和性能测试

3．1 波箔式气体箔片止推轴承的加工制造

3．2 气体箔片止推轴承结构对比

3．3 波箔式推力箔片轴承的实验研究

3．3．1 实验准备工作

3．3．2 转速对轴承刚度的影响

3．3．3 轴承结构对轴承刚度的影响

3．4 本章小结

第4章 实验台转子动平衡实验

4．1 实验台简介

4．2 实验台旋转部分动平衡实验

4．2．1 实验台转子单面动平衡实验

4．2．2 影响矢量法对转子进行双面动平衡实验

4．3 本章小结

第五章 多孔质轴承-转子系统动力学实验

5．1 转子轴系的固有频率实验

5．2 不同供气压力对轴承-转子系统的影响

5．2．1 实验过程

5．3．2 实验结果分析

5．3 “O”型橡胶圈对多孔质气体轴承-转子系统的影响

5．3．1 实验结果分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间的研究成果和学术论文