弹性波箔型动压气体径向轴承的特性分析和实验研究-机械设计及理论专业论文.docxVIP

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Mechanical and Electrical Engineering Characteristic Analysis and Experimental Study of Aerodynamic Foil Journal Bearings A Thesis in Mechanical Design and Theory by Ma Yongli Advised by Prof. Ma Xizhi Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering January, 2012 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 弹性波箔型动压气体径向轴承的特性分析和实验研究 弹性波箔型动压气体径向轴承的特性分析和实验研究 I I PAGE PAGE IV 摘 要 波箔轴承主要由平箔、波箔和轴承壳体组成，它是一种以柔性表面为支承的自作用式流体 动压轴承，与传统的气体轴承相比，波箔轴承具有运行寿命长、可靠性高、承载能力大，耐高 温能力强以及高转速等特点。 本文以 Hydresil 型波箔动压气体轴承为研究对象。采用壳模型计算波箔的刚度，用有限差 分法、牛顿-拉普森迭代法耦合求解压力控制 Reynolds 方程和气膜厚度方程，分析转速以及偏 心率对轴承承载能力、偏位角、摩擦转矩等静态特性的影响。采用小扰动法，将压力、气膜厚 度和箔片径向变形分别在平衡位置以位移和速度扰动微量按泰勒级数展开，代入雷诺方程归类 整理出关于压力和气膜厚度扰动微量的微分方程，再通过箔片变形与膜厚变化的关系以及压力 与箔片变形的平衡关系，建立压力和膜厚扰动微量的其他关系表达式，求解关于扰动微量的方 程，计算轴承的动态特性系数，并讨论偏心率、转速和扰动频率对动特性系数的影响。考虑气 膜与平箔之间的热传导和轴颈的温度变化，而忽略波箔、轴承基座等的热传导，并考虑润滑气 体的粘温关系，建立关于润滑气体的简化了的三维传热模型，通过离散气膜的能量方程，计算 气膜的温度分布。 实验方面，设计制作了箔片成型夹持装置以及摩擦力矩的测量装置，搭建了专门的弹性箔 片动压气体轴承实验台，包括实验台本体、润滑冷却系统和测量系统。以铍青铜为材料，采用 专用模具加工制作平箔和波箔，并装配波箔轴承。对实验台的振动特性进行了测试及调试，测 量波箔轴承的径向位移、摩擦力矩以及气膜的温度场分布。 关键词：波箔，气体轴承，动静特性，温度场，实验 ABSTRACT Aerodynamic foil journal bearing is a kind of self-acting hydrodynamic bearing with flexible surface for supporting. It consists of three parts: a smooth top foil that provides the bearing surface, a bump foil that acts as an elastic foundation and a housing for fixing. This type of bearing offers several advantages over the traditional gas bearing, including long operating life and reliability, higher load capacity, higher temperature capability, and higher operating speed, etc. This thesis focuses attention on Hydresil-type bump foil bearing. Shell model is adopted to calculate the stiffnes