动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数-机械工程学报.PDFVIP

第 43 卷第 5 期 机 械 工 程 学 报 Vol.43 No.5 2007 年 5 月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING May 2007 动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数* 戚社苗 耿海鹏 虞 烈 (西安交通大学机械电子及信息系统研究所 西安 710049) 摘要：采用偏导数法求解动压气体润滑 Reynolds 方程，给出动压气体轴承动态刚度和动态阻尼系数普遍适应的计 算方法。进行有限元数值仿真，计算动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数，并重点研究轴颈扰动频率和不同 轴颈扰动频率下的轴承静态载荷及轴承数对这些系数的影响。从理论上解释动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼 系数与轴颈扰动频率的密切相关性。 关键词：动压气体轴承 动态刚度系数 动态阻尼系数 偏导数法 轴颈扰动频率 中图分类号：TH133.37 态特性系数计算方法。LUND[9]似乎最早表现出其对 0 前言* 于轴颈扰动频率影响的关注：将动态压力和动态气 膜厚度用多个小扰动量来表示，但 LUND 并未给出 气体轴承的动态特性直接影响相应转子的动力 相关的计算结果——在对可倾瓦动压气体轴承的动 学行为。气体轴承的动态特性可以用其气膜的动态 态特性计算中，仅仅提出了同期扰动的数值结果。 刚度和动态阻尼系数来表征，对于以气体轴承为支 由于可倾瓦轴承的动态特性即便是在不可压缩流体 承的转子，这些系数可以用于转子的临界转速或不 润滑方程中也是和轴颈扰动频率相关的，因此 [1] 平衡响应的计算以及转子的稳定性分析 。 LUND 的研究结果未对一般动压气体轴承动态特性 由于气体的可压缩性，气体轴承的动态刚度和 对于轴颈扰动频率的相关性提供说明与佐证。 动态阻尼系数表现出特别的性质。对气体轴承的动 NARKIS 等[10]仅研究了轴颈突然受到恒定径向速度 态特性进行试验或理论研究的报道很多。试验结果 扰动时，动压气体轴承瞬态刚度系数的求解方法。 表明，气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数和轴颈 CZOLCZYNSKI[11]使用所谓的轨道法对静压气体轴 扰动频率密切相关[2-4] 。然而，气体轴承动态特性的 承的动态特性系数进行了研究。 理论研究似乎明显滞后于试验研究。 气体推力轴承动态特性方面的研究较少。 计算气体轴承的动态特性系数就必须求解可压 ETSION 等[12]采用跳跃法计算了悬臂式气体推力轴 缩流体 Reynolds 方程，由于这个非定常、非线性偏 承的刚度和阻尼系数，该计算方法不涉及扰动频率。 微分方程求解上的复杂性，通过简化获得方程的近 MISHRA[13]在研究静压气体推力轴承的气锤问题 似解析解是计算中所采用的重要手段之一。PAN 时、HASHIMOTO 等[14]在研究气体可压缩性对阶梯 等[5]引进不可压缩流体 Reynolds 方程的处理方法， 型动压气体推力轴承静、动态特性的影响时，也曾 忽略了可压缩流体Reynolds 方程中压力对时间的偏 先后表现出对于扰动频率的关注，但是他们均未对 导数项∂p / ∂t ，因此PAN 的方法只适用于轴承数Λ 此展开研究。 非常小的场合。AUSMAN 和 CASTELLI 等[6-7]分别 尽管许多学者在气体轴承动态特性的理论研究