【摘要】：隨著旋轉(zhuǎn)設(shè)備朝著高轉(zhuǎn)速,高功率密度的方向發(fā)展,氣體軸承由于采用氣體作為潤(rùn)滑介質(zhì),摩擦和功耗極小,容易獲得極高的DN值,正逐漸成為高速輕載設(shè)備的首選。動(dòng)壓氣體軸承,由于不需要額外的氣源,直接采用環(huán)境氣體作為潤(rùn)滑介質(zhì),大大簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu),從而提高了設(shè)備的可靠性,同時(shí)大大降低了設(shè)備成本。然而加工精度要求高、穩(wěn)定性差、承載能力低等正成為制約動(dòng)壓氣體軸承發(fā)展的關(guān)鍵因素。柔性動(dòng)壓氣體軸承由于其柔性的支承結(jié)構(gòu),使得軸承能夠容忍一定的加工誤差,從而降低了軸承的加工精度要求。本文從優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和提高軸承穩(wěn)定性的角度出發(fā),研究了兩種柔性動(dòng)壓氣體軸承,即高阻尼柔性支承可傾瓦動(dòng)壓氣體軸承和波箔型動(dòng)壓氣體箔片軸承。本文通過(guò)在柔性支承可傾瓦氣體軸承中引入金屬絲網(wǎng)阻尼材料得到一種高阻尼柔性支承可傾瓦氣體軸承,該軸承中的金屬絲網(wǎng)材料能夠耗散一定的振動(dòng)能量,從而提高軸承的穩(wěn)定性�？蓛A瓦氣體軸承由于其瓦面為剛性表面,同時(shí)分離的瓦塊導(dǎo)致軸承不能形成大區(qū)域連續(xù)的氣膜,從而軸承的承載能力受到一定的限制。氣體箔片軸承由于其連續(xù)的全柔性支承結(jié)構(gòu),更容易形成大區(qū)域連續(xù)的高壓氣膜,因此能夠獲得較大的承載能力。本文對(duì)上述兩種柔性動(dòng)壓氣體軸承的靜動(dòng)態(tài)以及非線性特性進(jìn)行了全面而深入的理論及實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí),隨著氣體軸承的應(yīng)用越來(lái)越廣,氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題也備受關(guān)注。本文從理論和實(shí)驗(yàn)的角度對(duì)上述兩種柔性動(dòng)壓氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了深入的研究。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和獲得的研究成果包括以下幾個(gè)方面:將金屬絲網(wǎng)材料引入柔性支承可傾瓦氣體軸承中得到一種高阻尼柔性支承可傾瓦氣體軸承。分別建立了柔性支承可傾瓦氣體軸承及金屬絲網(wǎng)塊的理論模型,并將兩者相互耦合,從而建立起高阻尼柔性支承可傾瓦氣體軸承的氣彈耦合潤(rùn)滑模型。根據(jù)該理論模型推導(dǎo)了軸承靜動(dòng)態(tài)特性的求解方法,模型預(yù)測(cè)結(jié)果與已有文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了該模型的可靠性。研究了軸承參數(shù)(金屬絲網(wǎng)密度、瓦塊徑向剛度、金屬絲網(wǎng)環(huán)預(yù)緊量、軸承間隙以及瓦塊預(yù)載)和運(yùn)行條件(轉(zhuǎn)速、載荷)等對(duì)軸承靜態(tài)性能(偏心率、姿態(tài)角)和動(dòng)態(tài)系數(shù)的影響。預(yù)測(cè)結(jié)果證實(shí)了金屬絲網(wǎng)材料對(duì)提高軸承阻尼特性的有效性。提出的軸承理論模型及靜動(dòng)態(tài)性能預(yù)測(cè)方法為軸承以及軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)提供了重要工具。采用時(shí)域軌跡法,耦合軸的運(yùn)動(dòng)方程、可壓縮氣體瞬態(tài)雷諾方程、瓦塊-金屬絲網(wǎng)運(yùn)動(dòng)方程,建立了高阻尼柔性支承可傾瓦氣體軸承的非線性預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)結(jié)果與已有文獻(xiàn)中預(yù)測(cè)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,證實(shí)了本模型的可靠性。預(yù)測(cè)結(jié)果表明金屬絲網(wǎng)材料的引入提高了軸承的穩(wěn)定性。研究了金屬絲網(wǎng)密度、外界失穩(wěn)擾動(dòng)力、瓦塊徑向剛度、瓦塊預(yù)載以及軸承名義間隙對(duì)軸承非線性穩(wěn)定性的影響。對(duì)軸承非線性特性的研究有助于進(jìn)一步擴(kuò)展軸承的應(yīng)用范圍和運(yùn)行工況�；诟咦枘崛嵝灾С锌蓛A瓦氣體軸承的非線性預(yù)測(cè)模型,對(duì)軸承的分叉特性進(jìn)行了研究。通過(guò)軸心軌跡圖、FFT圖、龐加萊圖以及分叉圖等研究了軸承的非線性特性及不同參數(shù)的分叉特性。分別分析了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子質(zhì)量、不平衡半徑、瓦塊徑向剛度、瓦塊預(yù)載等參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子分叉特性的影響。預(yù)測(cè)結(jié)果表明隨分析參數(shù)值的變化轉(zhuǎn)子響應(yīng)在周期運(yùn)動(dòng)、多倍周期運(yùn)動(dòng)和準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)中不斷變化,揭示了該軸承復(fù)雜的非線性特性,為軸承的設(shè)計(jì)積累了大量的數(shù)據(jù)。通過(guò)耦合可壓縮氣體雷諾方程,頂箔二維板單元模型以及波箔剛度模型,建立了徑向氣體箔片軸承的氣彈耦合潤(rùn)滑模型,并基于該模型推導(dǎo)了軸承靜動(dòng)態(tài)性能的預(yù)測(cè)方法。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了該模型的可靠性。設(shè)計(jì)了氣體箔片軸承支承的無(wú)油渦輪增壓器實(shí)驗(yàn)臺(tái),基于建立的氣體箔片軸承理論模型,建立了該實(shí)驗(yàn)臺(tái)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型,在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析,并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整軸系結(jié)構(gòu)直到滿足設(shè)計(jì)要求。進(jìn)一步搭建了采用氣體箔片軸承支承的無(wú)油渦輪增壓器實(shí)驗(yàn)臺(tái),實(shí)驗(yàn)臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案的可行性。為研究氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性,基于該實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了一系列轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。研究了軸承焊點(diǎn)安裝位置對(duì)氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)焊點(diǎn)位于90°(水平方向)時(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)能獲得最好的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)性能。建立了考慮氣體箔片推力軸承的氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的5自由度(5-DOF)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型,該模型耦合了徑向氣體箔片軸承,氣體箔片推力軸承以及剛性轉(zhuǎn)子模型。在頻域內(nèi)分別預(yù)測(cè)了對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼,研究了軸向力對(duì)系統(tǒng)模態(tài)剛度及模態(tài)阻尼的影響。對(duì)氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行了非線性仿真,預(yù)測(cè)了不同軸向力下對(duì)稱(chēng)及非對(duì)稱(chēng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分別在同向及異向不平衡情況下的非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng),預(yù)測(cè)結(jié)果表明氣體箔片推力軸承以及軸向力對(duì)氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)性能有顯著影響。綜上所述,本文對(duì)兩種柔性支承動(dòng)壓氣體軸承,即高阻尼柔性支承可傾瓦氣體軸承和氣體箔片軸承進(jìn)行了深入的理論及實(shí)驗(yàn)研究。建立了高阻尼柔性支承可傾瓦氣體軸承完善的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及非線性預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)結(jié)果證明了金屬絲網(wǎng)材料的引入能夠有效地提高軸承的阻尼及穩(wěn)定性。本文積累了大量的軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)和軸承運(yùn)行條件對(duì)軸承靜動(dòng)態(tài)以及非線性動(dòng)力學(xué)特性影響的數(shù)據(jù),為軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。建立的氣體箔片軸承理論模型能夠有效地輔助軸承的設(shè)計(jì),同時(shí)為轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析提供了重要工具,搭建的無(wú)油渦輪增壓器實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究了氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性。對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的大量轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)得出了最優(yōu)的軸承焊點(diǎn)安裝角度�？紤]氣體箔片推力軸承的氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析揭示了氣體箔片推力軸承及軸向力對(duì)氣體箔片軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)性能的影響。
【圖文】：

可傾瓦軸承[1]

圖 1.2 柔性支承可傾瓦氣體軸承[7]圖 1.3 靜動(dòng)壓混合高阻尼可傾瓦氣體軸承[9]展和應(yīng)用的一個(gè)主要的障礙。文獻(xiàn)[9, 10]提體軸承，如圖 1.3 所示。在該軸承結(jié)構(gòu)中，，
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH133.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李運(yùn)堂;沈傳康;趙靜一;吳進(jìn)田;梁宏民;;用于靜壓氣體軸承性能檢測(cè)的真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];科技通報(bào);2017年01期

2 張永芳;呂燁迪;肖良君;趙晶群;劉成;;固定瓦-可傾瓦微氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性運(yùn)動(dòng)分析[J];振動(dòng)與沖擊;2017年11期

3 周健斌;孟光;張文明;;微機(jī)電系統(tǒng)徑向氣體軸承特性研究[J];振動(dòng)與沖擊;2007年09期

4 李晉湘;錐形狹縫節(jié)流氣體軸承的最佳剛度設(shè)計(jì)[J];電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備;1988年01期

5 十合晉一 ,劉湘 ,徐楨基;《氣體軸承的設(shè)計(jì)與制造》已由黑龍江科技出版社出版[J];深冷技術(shù);1988年03期

6 王云飛;淺腔動(dòng)靜壓氣體軸承的計(jì)算及超高速空氣磨頭的研制[J];北京航空學(xué)院學(xué)報(bào);1988年02期

7 隋紹];;一種用于慣導(dǎo)儀器的動(dòng)壓氣體軸承的研制[J];南京工學(xué)院學(xué)報(bào);1988年03期

8 陳純正,森淳暢,森美郎;日本氣體潤(rùn)滑研究近況[J];深冷技術(shù);1989年04期

9 徐豐仁;;多孔質(zhì)靜壓氣體軸承設(shè)計(jì)(上)[J];機(jī)床與液壓;1989年02期

10 徐豐仁;;多孔質(zhì)靜壓氣體軸承設(shè)計(jì)(下)[J];機(jī)床與液壓;1989年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 董吉洪;;圓盤(pán)形止推氣體軸承工程計(jì)算方法的研究[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（下冊(cè)）[C];1999年

2 張文明;;隨機(jī)表面粗糙度對(duì)微氣體軸承性能的影響[A];The 5th 全國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制青年學(xué)者研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

3 王緒勝;馬文琦;于賀春;;幾種不同結(jié)構(gòu)的靜壓徑向氣體軸承性能分析[A];中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)第六屆全國(guó)流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

4 劉立強(qiáng);熊聯(lián)友;侯予;陳純正;張亮;;透平膨脹機(jī)新型切向小孔氣體軸承穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)研究[A];第四屆全國(guó)低溫工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1999年

5 王斌;丁千;韓兵兵;張微;;全動(dòng)壓徑向人字槽氣體軸承流固耦合分析[A];第十五屆全國(guó)非線性振動(dòng)暨第十二屆全國(guó)非線性動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2015年

6 趙三星;李友榮;;圓柱氣體軸承性能計(jì)算分析[A];第八屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集[C];2007年

7 朱建軍;杜建軍;李兵;劉暾;;懸臂式薄片動(dòng)壓氣體軸承的靜態(tài)特性研究[A];第十一屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集[C];2013年

8 侯予;熊聯(lián)友;王瑾;劉井龍;陳純正;;透平膨脹機(jī)新型動(dòng)壓徑向氣體軸承的試驗(yàn)研究[A];第四屆全國(guó)低溫工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1999年

9 郭良斌;王祖溫;;環(huán)面節(jié)流靜壓圓盤(pán)止推氣體軸承的動(dòng)特性計(jì)算[A];第四屆全國(guó)流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

10 楊喜關(guān);羅貴火;;氣體動(dòng)壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力特性分析[A];第八屆全國(guó)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 中國(guó)工業(yè)報(bào)記者 徐斌;中國(guó)電科16所成功研制首臺(tái)氣體軸承斯特林制冷機(jī)[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2016年

2 柳絮恒 傅秋瑛;獻(xiàn)計(jì)神舟“發(fā)電廠”騰空展翅即飛天[N];科技日?qǐng)?bào);2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉萬(wàn)輝;柔性動(dòng)壓氣體軸承及其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2018年

2 郝龍;微型燃?xì)廨啓C(jī)氣體軸承轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所);2017年

3 張廣輝;高速動(dòng)靜壓混合氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 于賀春;高速靜壓氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的特性研究[D];大連海事大學(xué);2011年

5 陳昌婷;高速氣體軸承結(jié)構(gòu)性能分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所);2014年

6 楊利花;可傾瓦與彈性箔片動(dòng)壓氣體軸承的性能研究[D];西安交通大學(xué);2009年

7 周健斌;微型轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題研究[D];上海交通大學(xué);2009年

8 張小青;微渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)研究[D];北京理工大學(xué);2014年

9 韓東江;高速渦輪軸系穩(wěn)定性分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2014年

10 李媛媛;透平膨脹機(jī)磁氣混合軸承特性研究[D];北京科技大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李步博;考慮擠壓效應(yīng)的靜壓氣體軸承氣錘自激振動(dòng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 龔濤;超聲波氣體軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2017年

3 霍彥偉;多孔質(zhì)靜壓氣體軸承的溫度特性及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2017年

4 霍彩嬌;多孔質(zhì)靜動(dòng)壓混合氣體軸承特性理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2017年

5 劉劍;高壓圓盤(pán)氣體軸承邊界層對(duì)流換熱研究及應(yīng)用[D];武漢科技大學(xué);2018年

6 張雄威;高壓圓盤(pán)氣體軸承的參數(shù)設(shè)計(jì)及靜特性研究[D];武漢科技大學(xué);2018年

7 楊茹;氣體軸承織構(gòu)潤(rùn)滑特性及主動(dòng)控制研究[D];西安理工大學(xué);2018年

8 劉建奇;非等溫條件下微型動(dòng)壓氣體軸承潤(rùn)滑特性分析[D];西安理工大學(xué);2018年

9 李子君;高速軸承潤(rùn)滑特性及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所);2018年

10 王振清;基于CFD球面動(dòng)靜壓氣體軸承氣膜動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究[D];河南科技大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2619806