波箔型气体动压轴承转子系统的动力学特性研究（可编辑）.doc

硕 士学位 论文 波箔型气 体动压 轴承转 子 系统的动 力学 特性研究 RESEARCH ON HYDRODYNAMIC CHARACTERISTICS OF BUMP FOIL GAS AERODYNAMIC BEARING ROTOR SYSTEM 徐 磊 哈 尔滨工业 大学 2012 年 7 月国内图书分类号: TH133.37; TK263学校代码: 10213 国际图书分类号:621密级: 公开 工 学硕士学 位论文波箔型气 体动压 轴承转 子 系统的动 力学 特性研究 硕 士 研 究 生 : 徐磊 导 师 : 焦映厚教 授 申 请 学 位 : 工学硕士 学 科 : 机械设计 及理论 所 在 单 位 : 机电工程 学院 答 辩 日 期 : 2012 年 7 月 授 予 学 位 单 位 : 哈尔滨工 业大学Classified Index: TH133.37; TK263 U.D.C.: 621 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON HYDRODYNAMIC CHARACTERISTICS OF BUMP FOIL GAS AERODYNAMIC BEARING ROTOR SYSTEMCandidate : Xu Lei Supervisor : Prof. Jiao Yinghou Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Mechanical Design and its Theory Affiliation : School of Mechatronics Engineering Date of Defence : July, 2012 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology哈尔 滨工 业大 学工 学硕 士学 位论 文 摘 要 波 箔 型 轴承 是 一种 采 用柔 性 支承 表 面的 自 作用式 气 体 动压 轴 承, 结 合耐 高 温 固 体 润 滑技 术, 使 之具 有 许多 优异 特 点: 转 速高 、 无 污染 、自 适 应好 、 工作 温 度 范 围 宽 、结 构简 单 、稳 定 性好 以及 寿 命长 等 。箔 片 轴 承在 航空 航 天、 国 防、 精 密 制 造 、 低温 制冷 等 领域 具 有广 阔的 应 用前 景 和巨 大 的 经济 价值 。 然而 , 由于 箔 片 轴 承 自 身结 构和 气 弹耦 合 问题 的复 杂 性, 其 动静 态 性 能的 研究 一 直处 于 不断 完 善 的过程中。 考 虑 气 体可 压 缩性 和 箔片 弹 性变 形 建立 第 一代波 箔 型 径向 气 体轴 承 理论 分 析 模型; 采用有限差分法和松弛迭代法耦合求解气膜厚度方程以及压力控制 Reynolds 方 程 ; 气膜 压力 、 气膜 厚 度以 及载 荷 数值 计 算结 果 与 国外 文献 对 比, 表 明模 型 的 精确性。 对波箔型轴承进行静态特性分析: 计算得到了气膜压力、 气膜厚度、 承载力、 偏位角以及摩擦力矩等随转速、长径比的变化规律;对比箔片轴承和刚性表面轴 承气膜压力和气膜厚度分布特点,表明箔片轴承具有更高的承载力和稳定性。采用摄动法并结合气体润滑 Reynolds 方程,考 虑气体可压缩性、箔片变形以 及 箔 片 摩擦 等因 素 推导 出 箔片 轴承 动 态系 数 计算 微 分 方程 组。 采 用有 限 差分 法 和 松 弛 迭 代法 耦合 求 解, 获 得波 箔型 气 体轴 承 的动 态 系 数。 将所 得 结果 与 已公 布 的 实验对比, 证明了该模型的合理性和精确性。 分析了波箔型轴承动态特性随转速、 偏心率、涡动频率、长径比以及箔片柔度系数和摩擦系数的变化规律。 建立了波箔型气体轴承-Jeffcott 刚性转子系统 的动力学方程, 运用 Newmark-β 数值方法分析转速、偏心率、不平衡量、半径间隙以及波箔刚度对系统动力学特 性的影响,为今后转子- 箔片轴承系统的设计和 分析提供了理论基础。 关键 词 :波箔型轴承; 气体润滑;Jeffcott 转子 ;静态特性;动态特性;摄动法 -I - 哈尔 滨工 业大 学工 学硕 士学 位论 文 Abstract Bump foil bearing supported by elastic surface is a self-acting hydrodynami