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径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建1. 引言1.1 研究背景径向气体箔片轴承是一种高速旋转重载的关键部件，广泛应用于涡轮机械、航空航天等领域。
传统的润滑方式往往无法满足高速和重载的需求，因此研究径向气体箔片轴承的性能和可靠性显得尤为重要。
随着工程技术的不断发展，径向气体箔片轴承的设计和优化已经取得了很大进展，但在高速重载条件下的性能仍然存在一定的挑战。
开展径向气体箔片轴承高速重载测试及相关实验成为当前研究的重点之一。
通过对径向气体箔片轴承在高速重载条件下的实验研究，可以深入了解其在实际工作环境中的性能表现，为进一步提高其使用效率和可靠性提供重要参考。
本文将针对径向气体箔片轴承的高速重载特性展开研究，探讨其在不同工况下的实际应用情况，为相关领域的工程技术提供可靠的支撑。
1.2 研究目的本实验旨在通过对径向气体箔片轴承的高速重载测试，探究其在高速运转状态下的性能表现。
具体目的包括：验证径向气体箔片轴承在高速情况下的承载能力和稳定性，为其在工程实践中的应用提供参考依据；分析不同实验参数对径向气体箔片轴承性能的影响，探讨其内在规律；通过实验结果的分析和对比，进一步完善对径向气体箔片轴承的理论模型，为设计优化和性能提升提供理论依据。
通过本次高速重载测试，旨在全面了解径向气体箔片轴承的运行特性，为进一步推动轴承技术发展和工程应用提供科学依据。
2. 正文2.1 实验方案设计实验方案设计是整个实验的核心，它的合理性和科学性直接影响着实验结果的可靠性和有效性。
在本次径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建的实验中，我们设计了以下实验方案：1. 选择合适的实验材料：在实验中，我们选择了高强度、高耐磨的气体箔片材料作为轴承材料，以确保在高速和重载条件下能够保持基本完好。
还选用了具有良好热稳定性和导热性能的材料作为实验测试台的搭建材料。
2. 确定合理的实验参数：我们将根据气体箔片轴承的工作条件和要求，设定合适的转速、载荷、温度等实验参数。
波箔气体轴承WC-12Co涂层的制备和性能研究霍波波;马希直【摘要】为降低波箔轴承的摩擦磨损,采用等离子喷涂技术在圆盘试样和波箔轴承轴套表面制备WC-12Co涂层,采用自制销盘摩擦磨损试验机研究圆盘试样的摩擦磨损性能,通过扫SEM和EDS分析涂层摩擦磨损前后表面和截面形貌和面能谱,利用波箔轴承实验平台探究涂层实际使用过程中的摩擦磨损性能.结果表明:涂层和基底分界线明显且结合紧密,涂层整体由片状颗粒堆叠而成,片状颗粒之间分布有非常微小的孔隙,涂层的结合方式以机械结合为主,伴有一定的冶金结合方式;销盘摩擦磨损试验结果表明,WC-12Co涂层具有很好的耐磨和减摩性能,其平均摩擦因数相对GCr15轴承钢减小约50％,平均磨损量相对减小约78％.波箔轴承台架试验结果表明,WC-12Co涂层也表现出非常好的耐磨和减摩效果,WC-12Co涂层轴套启动时的最大摩擦力矩大幅下降.%In order to reduce the friction and wear of bump foil bearing,the WC-12Co coatings were prepared by plasma spraying technology in disc specimens and bearing sleeves of bump foil bearings' surfaces.Friction and wear properties of disc specimens were studied on a homemade pin disk friction and wear tester.The morphology and energy spectrum of friction and wear surface and cross section before and after test were analyzed by SEM and EDS.Friction and wear properties of the coatings used in the actual condition were explored by a bump foil bearing experiment platform.The results show that the boundary of coating and the substrate is clear and the coating and the substrate are combined closely.The whole coating is composed of stacked lamellar particles,and some very tiny pores are distributed in stacked lamellar particles.Thecombination way of coating is given priority to mechanicalbonding,accompanied with a certain way of metallurgical bonding.The results of pin-disk friction and wear test show that the WC-12Co coating applied to the specimens has good friction reducing and anti-wear properties,the average friction coefficient of WC-12Co coatings is reduced about 50％ and the average wear quantity is reduced about 78％compared with GCr15.The results of bump foil bearing experiment platform test show that the WC-12Co coating also shows very good friction reducing and anti-wear properties,and the starting friction torque of the the bearing sleeves with WC-12Co coating is reduced greatly.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2018(043)004【总页数】8页(P26-33)【关键词】波箔气体轴承;等离子喷涂;WC-12Co涂层;耐磨减摩性【作者】霍波波;马希直【作者单位】南京航空航天大学机电学院江苏南京210016;南京航空航天大学机电学院江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TH117.1波箔气体轴承是动压气体轴承的重要形式之一，它是自作用式的流体动压轴承，起支撑作用的波箔表面为弹性的，主要构成分为4部分：转子、平箔片、波箔片以及轴承座[1-2]。
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究高速精密机床是加工机械产品的主要工具,其性能的优劣直接决定着机械产品的质量,而精密机床的核心部件是电主轴。
在电主轴的支撑方式中,气体静压轴承随着流体润滑理论以及流体力学的发展和完善,其承载力和刚度得到提高,可以满足精密加工的需要,因此成为精密加工设备和测试设备主轴中的主要支撑方式。
本文结合现有的狭缝节流器及孔式节流器的优缺点,提出一种微孔节流器,它属于孔式节流的范畴,但突破了传统小孔节流器的结构形式,在节流孔的出口处不设置气腔,均为通孔,同时结合了狭缝节流器的节流特性,在保证轴承刚度的基础上,增加供气孔数量,改善压力分布状态,进而提高轴承的特性。
根据小孔节流和环面节流的物理模型,建立微孔节流的物理模型。
依据气体轴承理论中的的雷诺方程,N-S方程、流体力学的运动方程、状态方程以及连续方程等推导出求解微孔节流气体静压止推轴承的动静态特性的数学方程,并利用有限差分法对推导的微孔节流气体静压止推轴承的静态方程进行差分,并利用MATLAB进行编程求解。
根据微孔节流气体静压止推轴承的物理模型,利用Solidworks软件、Gambit软件以及ICEM CFD软件等对微孔节流气体静压止推轴承进行仿真模型的建立、网格的划分,并利用Fluent软件对模型进行求解。
利用上述两种方法对轴承的供气压力、气膜厚度、供气孔数目、无量纲供气孔分布半径以及供气孔直径等对轴承的动、静态特性的影响规律进行研究,并对微孔节流气体静压止推轴承与狭缝节流、小孔节流以及环面节流气体静压止推轴承在相同的工作参数和结构参数的静态特下性进行对比分析,最后利用正交试验法和灰色理论对微孔节流气体静压止推轴承进行优化。
根据仿真优化结果,设计、加工并制造微孔节流气体静压止推轴承,并用精密测量仪器对加工的轴承进行关键结构的测量,设计并搭建气体轴承动静态特性实验平台,在实验平台对轴承的静态特性,包括轴承的静承载力、静刚度和轴承的动态特性,包括轴承模态、稳定性进行实验分析。
径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建随着工业技术的不断发展，轴承作为重要的机械元件，广泛应用于各个领域。
径向气体箔片轴承是一种新型的轴承结构，具有高转速、高精度、低摩擦和无需润滑等特点，被广泛用于高速机械设备中。
为了确保径向气体箔片轴承的性能和可靠性，在使用前需要进行高速重载测试。
高速下的重载测试能够模拟实际工作条件，检测轴承的工作状态和性能表现，以及评估其可靠性和寿命。
在进行高速重载测试前，首先需要建立合适的实验台。
实验台的搭建对于测试结果的准确性和可靠性至关重要。
实验台主要包括实验台架、电机、转速传感器、负载装置等组成部分。
实验台架是支撑和固定整个实验台的主要结构，需要具有足够的稳定性和刚度。
电机是驱动被测轴承旋转的动力源，需要具备高转速和良好的控制性能。
转速传感器是用于测量轴承转速的装置，需要具有高精度和快速的响应能力。
负载装置用于给被测轴承施加负载，可以通过配置不同的负载装置实现不同的测试负载。
实验台搭建完成后，可以进行高速重载测试。
通过电机控制系统控制电机启动，使被测轴承开始旋转。
然后，通过转速传感器实时监测轴承的转速，并记录转速数据。
接下来，根据测试需要，调整负载装置施加适当的测试负载，然后记录轴承的温度、振动、噪声等参数。
根据测试数据分析轴承的工作状态和性能表现，并评估其可靠性和寿命。
通过高速重载测试和实验台搭建，可以全面了解径向气体箔片轴承在高速工作状态下的性能和可靠性，为轴承的设计和应用提供重要参考依据。
还可以优化轴承结构和材料，提高轴承的工作效率和寿命，从而推动工业技术的发展和应用。
波箔型空气动力轴承的设计与仿真作者：王淑樱蒲芋树来源：《中国科技博览》2016年第02期[摘要]通过理论分析，设计出一种新型的波箔型空气动力轴承，包括凸肩，轴承壳体，平箔片以及波箔片。
同时利用CFD技术，在特定环境下模拟了在不同转速下轴承的工作状态并得出结论。
[关键词]波箔；轴承；设计中图分类号：TH133.37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0106-01近年以来，空气式动压箔片轴承越来越受到机械领域青睐，其原理主要是利用转子以及轴承内表面之间的动压效应，形成一种气膜使轴承近似悬浮的状态，而内部的平箔和波箔则起到良好的弹性支撑作用。
采用波箔型空气动压轴承可以替代小型商务飞机上的滚珠轴承，减少发动机重量，增加发动机稳定性。
如图1.1所示为设计出来的箔片轴承。
包括凸肩1、轴承壳体2、平箔片3和多条波箔片4。
其中轴承壳体2为圆环形状；凸肩1是从轴承壳体2的一端边缘沿径向向外延伸而形成，起固定和传递载荷作用；平箔片3为圆弧状，多条平箔片3并排设置，并且相邻平箔片3的两侧边缘相互搭接在一起，以保持足够的强度；波箔片4也呈圆弧状，其上设有多个相互交替设置且具有不同曲率半径的两种波纹，一面贴附在所有平箔片3的外表面上，用于为平箔片3提供支承，另一面固定在轴承壳体2的内圆周面上，并且平箔片3和多条波箔片4的一端同时固定在轴承壳体2的内圆周面上，另一端为自由端。
图1.2所示为设计出来的波箔，波箔片4上两种波纹的曲率半径分别为3.77mm和10.88mm，并且曲率中心位于波箔片4的外侧，平箔片3和波箔片4以及波箔片4与轴承壳体2内圆周面之间的楔形间隙5的个数均为16个，平箔片3和波箔片4上固定端与相应的自由端相互靠近设置，平箔片3的直径为46mm。
波箔片4上波纹的尺寸范围为3.6-3.8mm。
在仿真平台，可以读出，一个正常的工作状态下，高压转子的转速为51760rpm，低压转速为43636rpm，温度为1179k，压强为543.278kpa，发动起排气温度874k，利用CAD软件进行建模，将模型导入Ansys之后，模拟出来正常工作状态下轴承的应力，应变，位移变化。
滚动轴承的动静态特性研究滚动轴承作为广泛应用于机械领域的重要部件，其性能的稳定和可靠性对于机械设备的正常运转至关重要。
在实际应用中，由于受到多种因素的影响，滚动轴承的动静态特性会发生变化，这直接影响轴承的寿命和使用效果。
因此，研究滚动轴承的动静态特性至关重要。
一、滚动轴承的结构和工作原理滚动轴承是包含滚珠、圆柱和圆锥等的闭合式结构，通过外部的载荷或力矩的作用下，轴承内部的滚珠在滚道上滚动，从而实现滚动轴承的转动。
在不同的载荷和转速下，轴承内部的滚珠会受到不同的力的作用，从而导致动静态特性的变化。
二、滚动轴承的动静态特性1. 动态特性动态特性主要是指滚动轴承在运转过程中的振动情况，包括衬套与滚珠之间的滚动摩擦、滚珠与内外滚道之间的碰撞等。
这些因素影响了轴承的振动幅度和频率，从而也会影响轴承的噪声和寿命。
2. 静态特性静态特性是指滚动轴承在未受到外部载荷或力矩作用时的状态。
由于轴承内部的滚珠表面粗糙度和形状精度的差异，导致在静态情况下，轴承的内部间隙不均匀，从而直接影响轴承的负荷承载能力和使用寿命。
三、滚动轴承的动静态特性研究方法1. 轨道分析法轨道分析法是指通过分析滚动轴承内部滚道的几何形状和相互作用力学，计算出轴承内部的应力分布、滚动摩擦力以及滚珠与滚道之间的接触点位置等。
通过轨道分析法，可以分析轴承内部不同位置的应力状态，从而探索轴承的静、动态特性。
2. 振动分析法振动分析法是指通过测量轴承内部的振动信息，从而研究轴承的动态特性。
通过分析轴承的振动频率和幅度，可以了解轴承内部的摩擦状态、滚珠与滚道之间的碰撞情况以及轴承的寿命和负荷承载能力。
3. 数值模拟法数值模拟法是指通过建立轴承的模型，采用有限元分析法、多体动力学模拟等方法，研究轴承的静、动态特性。
通过数值模拟，可以分析轴承内部不同位置的应力状态和运动状态，并针对优化轴承的结构和材料提出具体方案。
四、结论研究滚动轴承的动静态特性，可以为优化轴承的结构和材料提供基础理论依据。
基于ANSYS Workbench的气体静压轴承径向特性分析崔海龙;岳晓斌;雷大江;夏欢;朱建平【摘要】A new method to analyze radial characteristics was proposed based on ANSYS Workbench.The finite ele-ment model was established based on similar principles of computational fluid dynamics,the pressure field of aerostatic bearing in tiny gas gap was calculated by using the FLUENT module.The strength check was processed by Static Structure analysis module,the capacity of aerostatic bearing was also achieved.Radial stiffness of aerostatic bearing was calculated based on the experimental design of DOE,the effect of the number of circumferential orifice and orifice diameter on the ra-dial stiffness was analyzed.The results show that the stiffness is increased with the decrease of the diameter of orifice and the increase of the number of orifice.The calculation results of the new method have good agreement with the experimental results.%提出一种基于ANSYS Workbench的径向特性分析方法。
狭缝节流气体动静压轴承的承载特性解析静压轴承的加压气体是从外部向内输入的，通过节流器向轴承中进入，进而发挥出润滑功效。
因此，其主要特征即为节流效应；对应的，动压轴承是凭借轴承转动而生成转速，因为在气体的动力影响下出现了动压效果，进而发挥润滑的功能，其主要特征是速度效应。
因此，分析计算动静压轴承的承载性能就会更加复杂，所以，就需要我们在实际工作中不断的总结经验，做到具体问题具体分析。
狭缝节流气体；动静压轴承；承载特性轴承有限元模型分析混合润滑轴颈轴承是狭缝节流节流气体动压轴承中重要的组成部分，如下图所示，为该轴颈的主要结构示意图：在上图中，转子直径用字母D表示，轴承的长度用L表示，偏心量用e表示，大气压力和供气压力用Pa和Po来表示，节流狭缝入口处的直径可以用Ds 来表示，转子的转速可以用w表示。
用平面的形式将轴轴承气膜展开，然后变化其相容性，就是将轴颈的半径R 选取出来作为长度参照数值，轴向坐标可以用x表示，展开轴颈后的周向坐标可以用z来表示，狭缝的中心角坐标可以用φ表示，径向坐标用r表示。
将两个变化制定出来，就轴颈部分而言，令z/R=Z，这样φ=z；就狭缝而言，lnr=g，可以在准迪卡尔坐标系中反射柱坐标系，下图为变化以后的坐标系。
节流狭缝部分及承载气膜部分的雷诺方程式为：a/aφ（h3af/aφ）+a/ag（（h3af/aφ）-Aa（ph）/aφ=0在整个式子中，气膜的压力用p表示，气膜压力的平方用f表示，气膜的厚度用h表示，狭缝的宽度用a表示，A的值为12wR，并且它是因为转速而产生的轴承数。
为了把雷诺方程降低一级，可以应用加权余量法，而且需要将给整个计算域完成离散化处理，这时就可以应用到三角形单元。
通过静压效应，会有单元刚度过阵出现在承载气膜区，并且，还有单元刚度矩阵存在于转速中。
通过分析能够发现，大气边界与供气边界上的节点压力平方为基本的边界线。
能够明确的是，因为转速的影响，并非能够用线性方程组将最终所形成的压力方程组表示出来，因此，可以通过收敛方便、适应性强的最小二乘法进行方程求解，将各个点的压力求解出来后，在将承载能力计算出来。
２０１２年８月 第３７卷第８期 润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴ１０Ｎ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ａｕｇ．２０１２ Ｖｏｌ＿３７ Ｎｏ．８
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１２．０８．００６ 波箔型径向气体轴承静态特性分析
徐磊焦映厚陈照波沈那伟 （哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨１５０００１） 摘要：建立考虑气体可压缩性和箔片变形的波箔型轴承气膜厚度模型，采用有限差分和松驰迭代法耦合求解Ｒｅｙｎ． ｏｌｄｓ方程和气膜厚度方程，得到波箔型轴承气膜厚度和气膜压力分布，并分析波箔型动压径向气体轴承结构参数和运行 参数对其静态性能的影响。，结果表明：波箔型轴承数值分析结果与相关文献试验数据相符度较好，证明该模型的科学性 与精确性；对比箔片轴承和传统刚性表面轴承气膜压力和气膜厚度的分布特点，表明箔片轴承具有更高的承载能力；随 着偏心率、转速的增大，箔片轴承承载能力增大，偏位角减小；随着转速增大，气膜压力提高，箔片变形增大，最小气 膜厚度增大。 关键词：波箔型轴承；弹性变形；有限差分法；静态特性 中图分类号：ＴＨ１３３．３７文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２０１２）８—０２７—６
Ｓｔａｔｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂｕｍｐ Ｆｏｉｌ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｂｅａｒｉｎｇ ＸＵ Ｌｅｉ Ｊｉａｏ Ｙｉｎｇｈｏｕ Ｃｈｅｎ Ｚｈａｏｂｏ Ｓｈｅｎ Ｎａｗｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ １５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｍｏｄｅｌ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆｏｉｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｒｅｙｎｏｌｄｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｄ ｂｙ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｂｕｍｐ ｆｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂｕｍｐ ｆｏｉｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｂｕｍｐ ｆｏｉｌ ｂｅａｔｉｎｇ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｔｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｆｉｌｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｉｇｉｄ ｂｅａｒｉｎｇ，ｉｔ ｉｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｆｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｌｏａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｔｈａｎ ｒｉｇｉｄ ｂｅａｔｉｎｇ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ，ｌｏａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｂｅｃｏｍｅｓ ｌａｒｇｅｒ，ａｎｄ ａｔｔｉｔｕｄｅ ａｎｇｌｅ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ ｇａｓ ｆｉｌｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｆｏｉｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｇａｓ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ｇｅｔｔｉｎｇ ｂｉｇｇｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｕｍｐ ｆｏｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ；ｅｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ；ｓｔａｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
箔片气体轴承是一种以周围气体为润滑介质，以 柔性表面为支承的气体动压轴承，同时结合耐高温涂 层技术能够有效降低其转子和轴承间的摩擦，因而具 有寿命长、稳定性好、工作温度范围宽、工艺简单等 优点。箔片气体轴承主要有悬臂型、缠绕型、多楔型 和波箔型等，其应用领域包括新一代战机、高温燃气 轮机、超低温冷却及汽车发动机涡轮增压器等。目前 最新一代的箔片轴承比压最高可达６．７ Ｘ １０’Ｐａ，最 高转速达每分钟数十万转， 值高达４．６２ Ｘ １０。 ｍｍ・ｒ／ｍｉｎ，服役温度提高到６５０ ｏＣ以上，这些都是 传统轴承所无法比拟的 。 波箔型径向箔片轴承结构如图１所示。
基金项目：黑龙江省自然科学基金重点项目（ＺＤ２００９０５）． 收稿日期：２０１２—０２—２４ 作者简介：徐磊（１９８８一），男，硕士研究生，主要从事箔片气 体轴承及转子动力学的研究．Ｅ．ｍａｉｌ：ｘｕｌｅｉ２０５０＠１６３．ｃｏｍ．
图１ 波箔型径向箔片轴承结构示意 Ｆｉｇ １ Ｂｕｍｐ ｆｏｉｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
它是由单层光滑的顶层箔片、具有波纹结构的弹 性波箔片、轴颈和轴承壳体等构成。附有耐磨耐高温 润滑与密封 第３７卷 涂层的顶层箔片作为轴承工作的内表面，安装在波箔 片之上。波箔片沿圆柱内壁安装，为上层平箔片提供 弹性支承。波箔片和平箔片的一端固定在轴承壳体 上，另一端沿内表面自由延伸。 １９７５年，Ｗａｌｏｗｉｔ和Ａｎｎｏ 最早提出了波箔型轴 承的弹簧理论模型。２００４年，Ｐｅｎｇ等 在考虑气体 可压缩性并假设润滑气体等温情况的基础上，同时假 设轴颈总是朝着箔片变形量最大的方向移动，运用有 限差分法耦合求解了可压缩气体的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程与 气膜厚度方程，分析了箔片轴承的静态特性。２０１０ 年，ＮＡＳＡ的ＤｅｌｌａＣｏｒｔｅ 详细论述了箔片气体轴承的 过去、现在和未来，在肯定其众多优点的同时，也强 调面临的挑战：高的启动转矩，有限的阻尼和刚度以 及较低的承载能力，为箔片气体轴承今后的发展指明 了方向。 本文作者建立了考虑气体可压缩性和箔片变形的 第一代波箔型轴承理论分析模型，采用有限差分法和 松驰迭代法，将箔片变形、润滑膜厚度及润滑膜压力 控制Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程联立求解，得到波箔型轴承气膜 厚度和气膜压力分布。理论分析结果与试验数据相符 度较好，计算结果与刚性轴承比较，体现出箔片轴承 相对较好的承载能力。同时，进一步分析了动压径向 波箔型轴承结构参数和运行参数对其静态性能的 影响。 ｌ理论分析 １．１压力控制Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程 联立求解气体的运动方程、连续方程、牛顿黏性 定律以及雷诺假设得到可压缩流体的定常Ｒｅｙｎｏｌｄｓ 方程 为： 击（譬 ）＋立Ｏｚｆ￣巳ｉ ｘ警）＝６ｕ击（ ） （１） ａ 、 Ｌ ａ ， ａ ， ａ 、 式中： 为轴承的周向坐标；Ｐ为气体密度 （ｋｇ／ｍ ）；ｈ为气膜厚度（ｍ）；肛为气体的动力黏度 （Ｐａ・Ｓ）；Ｐ为气膜压力（Ｐａ）； 为轴承的轴向坐 标；“为轴颈表面的周向运动速度（ｍ／ｓ）。 理想气体的状态方程为： ｇＲｒｏ （２） 式中：ｇ为重力加速度（ｍ／ｓ ）；Ｒ为气体常数，取 决于气体种类的量； 为绝对温度，等温条件下 为常数。 考虑到定常理想气体：黏度和温度不随时间变 化，方程可量纲一化为： （胛 ）＋（ ） （Ｐ ＯＰ）＝Ａ￣ｏ（ＰＨ） （３） 式中：量纲一化参数为 Ａ＝志一ＲＯ；日 ｃ； Ｐ＿．Ａ＝警
（４） 式中：Ｐ。为环境压力（Ｐａ）；Ｒ为轴颈半径（ｍ）；Ｌ 为轴承长度（ｍ）；Ｃ为名义半径间隙（ｍ）；０为圆 周方向坐标；Ａ为量纲一化轴向坐标；∞为轴颈转速 （ｒａｄ／ｓ）；Ｐ为量纲一化气膜压力；Ｈ为量纲一化气 膜厚度；Ａ为轴承系数。 １．２气膜厚度模型 波箔片和平箔片结构，如图２所示。波箔片的变 形系数Ｋ定义 为： ２。Ｐ凸． ｓ｛￣
，Ｉ （１一 ） （５）
式中：ｓ为波箔单元长度（ｍ）；￡为半波箔长度 （ｍ）；ｔ 为波箔片厚度（ｍ）；Ｅ 为波箔片材料弹性 模量（Ｎ／ｍ ）； 为波箔片泊松系数。
图２波箔片和平箔片结构示意图 Ｆｉｇ ２ Ｂｕｍｐ ａｎｄ ｔｏｐ ｆｏｉｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
相应的量纲一化气膜厚度表达式为： 、 日＝１＋￣ｃｏｓ０＋Ｋ（Ｐ一１） （６）
式中： ＝ ， 为轴颈偏心率，ｅ为轴颈偏心距 （ｍ）。 另外，考虑到本文所述的第一代箔片轴承采用的 是单层波箔。因此，波箔片的变形和气膜厚度不是轴 向坐标Ａ的函数。实际计算中，应用轴向气膜压力 的算术平均值计算波箔片变形和相应的气膜厚度 ］。 ２数值求解 如图３所示，设在０方向均匀划分ｍ格，ｉ的编 号从１到ｍ＋１，每格步长为：
ＡＯ： （７） ｍ
在Ａ方向均匀划分ｎ格，＿『的编号从１到ｎ＋１， 每格步长为：
＾、 ２ △Ａ＝一 ｎ
（８） ２０１２年第８期 徐磊等：波箔型径向气体轴承静态特性分析 ２９ Ｏ 图３气膜网格划分示意图 Ｆｉｇ ３ Ｇｒｉｄ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ ｆｉｌｍ
方程（３）的离散化： 品（Ｐ 等）＝ ［（Ｐ 等）… 一（Ｐ 等） 卜
。 （ ） 砚 （ ）】 （９） （ ） 轰（Ｐ ）＝（ ） ‘ 【（胛 ） 。 一 芸） 。 】＝（竽） ’ 【 川 …（ ）一 ％ …（ ）】 （１０） 以 （ ＝Ａ 出 （１１） 将以上三式代人式（３），可得到静态工况下气 体雷诺方程的中心差商表达式：
Ｐ Ｊ
式中： Ａｉ√Ｐ ＋ｌ Ｊ＋ＢｉＪＰ 一ｌ Ｊ＋Ｃ ＪＰ ＋ｌ＋ＤｉＪＰ Ｊ一１一Ｆ‘
Ｅ‘√ （１２）
Ａ，ｊ Ｐ…／２Ｊ日；＋ｌ／２Ｊ Ｂ ＝Ｐ￣－ｖ２ｊ
以ｌ／２
＝（ （…
ＡＳ￣２Ｐ
ｉｊ．ｖ２吒…
… ＤｉＪ＝（ ） （＿ＪＡＯ￣２ｐ …Ｈ３
Ｅｉ Ａｔｊ＋Ｂｉｊ＋Ｃｉｊ＋Ｄｉ Ｆｉ ＝Ａ△ （ＪＰ ＋ｌ／２ ｆＨｉ＋Ｉ／２ ｆ—Ｐｉ一】／２ ｆ 一】／２ ｆ）
在求解过程中还需引入边界条件， ｆＡ＝．４－１．Ｐ＝１ ｛０＝０，Ｐ＝１ Ｌ０＝２，ｒｒ．Ｐ＝１ 迭代收敛条件为：
∑∑Ｉ ｐ ｋ 一 ｋ － ｉ＝２ ｉ＝２ 。
