新型径向与推力气体动压箔片轴承的性能预测

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1、学校代号10532学号S150200223分类号TH133.35密级公开硕士学位论文新型径向与推力气体动压箔片轴承的性能预测学位申请人姓名胡小强培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称冯凯教授学科专业机械工程研究方向气体箔片轴承论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S150200223密级：公开湖南大学硕士学位论文新型径向与推力气体动压箔片轴承的性能预测学位申请人姓名：胡小强导师姓名及职称：冯凯教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2018年4月20日论文答辩

2、日期：2018年5月21日答辩委员会主席：金湘中教授PerformancePredictionsonNovelJournalandThrustGasFoilBearingsbyHUXiaoqiangB.E.(HeFeiUniversityofTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGrad

3、uateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorFENGKaiMay,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论

4、文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本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和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□√EA。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I新型径向与推力气体动压箔片轴承的性能预测摘要气体箔片轴承凭借其高速、高效、无油、免维护等突出性优点已在空压机、空气循环机等高速旋转机

5、械中得到了较为广泛的应用。气体箔片轴承主要由轴承体、顶箔和弹性支承结构组成，分为径向轴承和推力轴承两大分支发展。为了能拓宽气体箔片轴承的应用范围和应用领域，需要在轴承结构、稳定性和加工工艺上有不断的创新和发展。本文针对新型的气体箔片径向轴承和推力轴承分别提出相应的理论模型，并对其结构特点、静动态特性和热弹流特性进行了分析。本文的主要研究内容和成果如下：根据新型三瓣式气体箔片径向轴承的结构特点，将其弹性支承箔片简化成由两根刚性杆和一根水平弹簧组成的结构模型，然后根据受力分析和能量法求解了支承箔片的等效垂直刚

6、度。对顶箔建立起二维有限壳单元模型。联立可压缩气体Reynolds方程和箔片变形方程，耦合求解气膜压力分布情况，进而得到新型三瓣式气体箔片径向轴承的静动态特性。通过对结果进行分析，研究了气体箔片径向轴承和等尺寸刚性轴承的性能差异；分析了轴承预载和轴承安装角度分别对箔片径向轴承的静态性能和动态刚度、阻尼的影响，为该轴承的设计和应用提供了参考和指导；另外，研究了轴承动态参数随工作转速的变化情况，后续将其作为转子动力学模型的输入可以得到轴承转子系统特性。针对新型的叠片式气体箔片推力轴承，本文建立了适用于堆叠式支

7、承结构的梁模型，用以计算其等效垂直刚度。推导了适用于推力轴承所在柱坐标系下的Reynolds方程，并使用有限差分法和微扰动法求解得到了叠片式气体箔片推力轴承的静动态特性。根据计算结果分析了支承结构的刚度分布情况，并据此解释了二次楔形效应和气压双峰现象；研究了最小气膜厚度与轴承静动态特性的关系；探讨了不同楔形高度对推力轴承承载能力、摩擦力矩和动态刚度阻尼的影响情况，从理论层面上指导设计中对于该重要轴承参数的确定。在考虑叠片式气体箔片推力轴承的气膜剪切产热效应后，建立了推力轴承的非等温气体Reynolds方程

8、及其能量方程；并在充分分析推力轴承的传热路径后，搭建了推力轴承各元件的热阻模型。通过数值仿真模拟得到了轴承气膜各点位置的温度情况；研究了轴承载荷和转速对轴承各元件温度的影响；分析了箔片内通入冷却气流后对轴承温度的影响效果。关键词：三瓣式气体箔片径向轴承；叠片式气体箔片推力轴承；安装角度；二次楔形；楔形高度；静动态特性；热弹流特性基金项目：国家自然科学基金(51575170)；装备预研教育部联合基金(6141A02033503)