波箔型氣體動(dòng)壓軸承特性數(shù)值研究.pdf

1、波箔型氣體動(dòng)壓軸承具有極限轉(zhuǎn)速高、承載能力強(qiáng)和自適應(yīng)穩(wěn)定等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于航空航天高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。波箔型氣體動(dòng)壓軸承的特性規(guī)律是其工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，國內(nèi)外對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)及結(jié)構(gòu)參數(shù)變化下的軸承特性影響規(guī)律研究已較為深入。隨著波箔型氣體動(dòng)壓軸承應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展、箔片材料及加工工藝的迅速發(fā)展、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大幅提高，潤滑氣體特性、箔片力學(xué)特性以及微流動(dòng)效應(yīng)對(duì)軸承特性的影響程度更加突出，本文針對(duì)以上問題開展研究工作。
　　首先，以Hydresi

2、l型波箔氣體動(dòng)壓軸承為研究對(duì)象，建立了雷諾潤滑方程和兼顧波箔變形的氣膜厚度方程，運(yùn)用有限差分法對(duì)兩方程耦合迭代求解。在氣體物性隨類型和溫度變化范圍內(nèi)，對(duì)潤滑氣體動(dòng)力粘度（4.21×10-6-4.46×10-5Pa?s）、軸承波箔片材料彈性模量（70-340GPa）和泊松比（0.15-0.45）等氣固特性參數(shù)對(duì)軸承氣膜厚度分布、壓力分布以及承載能力的影響規(guī)律進(jìn)行數(shù)值研究，結(jié)果表明，粘度升高，軸承承載能力提高50％-75%；彈性模量、泊松比

3、增大，軸承的承載能力分別提高5%-10%、30%-40%。
　　其次，在兩方程的軸承模型基礎(chǔ)上，采用小擾動(dòng)法推演擾動(dòng)方程，利用有限差分法求解擾動(dòng)方程獲得動(dòng)特性參數(shù)。在上述氣固特性參數(shù)變化下對(duì)軸承動(dòng)特性變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)值研究。發(fā)現(xiàn)隨氣體動(dòng)力粘度升高，動(dòng)態(tài)剛度系數(shù)增大約10%-50%，動(dòng)態(tài)阻尼系數(shù)增大約25%-60%；隨軸承箔片材料彈性模量的增大，動(dòng)態(tài)剛度系數(shù)增大約30%-50%，動(dòng)態(tài)阻尼系數(shù)在y方向上逐漸增大，增大約10%，在x方向上

4、逐漸減小，減小約10%。
　　然后，運(yùn)用ANSYS Workbench雙向流固耦合仿真分析方法，并利用滑移速度模型描述微尺度流動(dòng)下的邊界滑移效應(yīng)。對(duì)比分析了相同滑移邊界下波箔型氣體動(dòng)壓軸承與剛性軸承氣膜壓力和氣膜厚度等靜特性差異，結(jié)果表明滑移邊界條件對(duì)剛性軸承影響更大。然后研究了軸頸表面與箔片表面不同滑移性質(zhì)對(duì)軸承特性的影響，結(jié)果表明軸頸表面無滑移、箔片表面有滑移時(shí)軸承承載能力最強(qiáng)，反之最弱。進(jìn)而分析了滑移邊界條件下，波箔型氣體動(dòng)