基于面接触的悬臂型箔片气体径向轴承的承载机理研究

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1、硕士学位论文基于面接触的悬臂型箔片气体径向轴承的承载机理研究STUDYONTHEBEARINGMECHANISMOFMULTILEAFGASFOILJOURNALBEARINGBASEDONSURFACECONTACT王鹏哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TH133.37学校代码：10213国际图书分类号：621.8密级：公开工学硕士学位论文基于面接触的悬臂型箔片气体径向轴承的承载机理研究硕士研究生：王鹏导师：杜建军教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:TH133.36U.D.C:621.7AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringSTUDYONBEARINGMECHANISMOFMULTILEAFGASFOILJOURNALBEARINGBASEDONSURFACECONTACTCandidate：WangPengSupervisor：Prof.DuJianjunAcademicDegreeAppliedfo

3、r：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要弹性箔片气体动压轴承技术，作为气体润滑技术中重要的组成部分，是敏感性工业技术，在航空航天和国防军工等高科技领域具有非常广阔的应用前景。弹性箔片气体轴承作为核心部件之一，广泛应用于无油涡轮增压器、低温

4、冷却机械和微型燃气轮机等。箔片气体轴承由于其无润滑油、维护成本低、环境适应性强等特点，在高速透平机械中具有良好的发展潜力和应用前景。有关悬臂式多叶箔片径向轴承的研究文献较少，且对多叶型箔片轴承的研究大多假设箔片之间为线接触，提出的面接触假设也存在很多问题：如没有考虑箔片与轴套间的面接触、建模过程中忽略切向摩擦力、箔片装配时忽略初始预紧力等，本文综合考虑以上问题，构建新的面接触物理模型，并主要进行了承载机理的研究，为箔片气体轴承的优化设计和实际应用提供一定的借鉴。悬臂式多叶箔片径向轴承采用多个箔片一端固定，另一端顺次搭接在下一箔片上的结构。首先考

5、虑了装配时的预紧力，建立装配后箔片和轴承的相对几何位置关系；引入柔度系数，考虑切向摩擦力，推导了箔片受力与变形之间的关系式；综合考虑箔片之间的面接触以及箔片与轴套内壁间的接触，根据接触法向约束法则，联立全部箔片的受力变形方程组，得到箔片所受各种力和接触点初始间隙的关系矩阵。本文运用加权残余法中的伽辽金法，对气体径向轴承的气体润滑雷诺方程进行离散化求解，将箔片弹性变形与气膜压力耦合迭代求解，设计整体气体弹性耦合求解算法流程。利用MATLAB进行编程计算，可以得到润滑气膜的压力分布、厚度分布，箔片受力、变形情况等计算结果。并对比验证了面接触计算模型

6、的可靠性，分析了转轴转速以及箔片的各项基本尺寸安装参数对轴承的承载能力、起飞转速等性能的影响，以此优化轴承的设计。最后，进行了悬臂式多叶箔片径向轴承的实验研究。按照箔片径向轴承的特点，设计轴承实验平台和测量系统。本文采用一种简便的箔片成型装置用来加工处理箔片。进行了识别起飞转速实验和静态特性实验，观察箔片的磨损和接触状况，根据测得的数据，分析各项基本参数对轴承静态特性的影响。关键词：悬臂型箔片气体径向轴承；面接触；静态特性-I-ABSTRACTAbstractFlexiblefoilaerodynamicbearingtechnology,as

7、animportantpartofgaslubricationtechnology,isasensitiveindustrialtechnology.Inaerospaceanddefenseindustryandotherfields,flexiblefoilgasbearingsasoneofthecorecomponents,arewidelyusedinfighteraircraft,hightemperaturegasturbines,cruisemissiles,cryogeniccoolingsystems.Foilgasbear

8、inghasgooddevelopmentpotentialandapplicationprospectinhigh-speedturbinebeca