检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2018年第19期54卷 129-136页

作者：刘万辉吕鹏余睿冯凯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室

对采用空气箔片轴承支承的无油涡轮增压器进行了设计和试验性研究。详细阐述了无油涡轮增压器以及所采用的空气箔片轴承的设计过程。通过静态加载试验预估了空气箔片轴承的名义间隙,采用Link-Spring模型预测了空气箔片轴承支承结构的刚... 详细信息

对采用空气箔片轴承支承的无油涡轮增压器进行了设计和试验性研究。详细阐述了无油涡轮增压器以及所采用的空气箔片轴承的设计过程。通过静态加载试验预估了空气箔片轴承的名义间隙,采用Link-Spring模型预测了空气箔片轴承支承结构的刚度,结合Link-Spring模型和雷诺方程,采用扰动法对轴承的动态刚度和阻尼系数进行了有效预测。线性转子动力学分析表明设计的无油涡轮增压器转子的前两阶刚体模态临界转速均在所用空气箔片轴承的起飞转速之下,转子的正常运行转速在一阶弯曲模态临界转速之下并具有足够的安全裕度。对整个转子系统进行了转子动力学分析与计算之后,在此基础上搭建了无油涡轮增压器试验台,初步的升降速试验结果表明:转子在20 kr/min～60 kr/min出现较大的次同步振动,但是转子在68 kr/min时次同步振动显著减小,转子在68 kr/min稳速时的轨迹以及FFT分析表明转子在该转速下的主要振动来自同步振动,这表明增压器可以在68 kr/min稳定运行。同时,实时测量了推力轴承和径向轴承的温度,在68 kr/min稳速期间,推力轴承和径向轴承温度分别在52℃和32℃处小幅波动,说明了该转子-轴承系统的相对稳定性。

关键词：无油涡轮增压器转子动力学空气箔片轴承

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无油涡轮增压器转子系统动力学特性研究及实验验证

无油涡轮增压器转子系统动力学特性研究及实验验证

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作者：余睿湖南大学

学位级别：硕士

采用空气轴承作为支承元件之后,增压器功率损失明显降低,更重要的是由于无须润滑,油泄漏而造成的增压器频繁故障的问题也消除了,同时整个转子系统的结构也更加简单,空气动压润滑“无油涡轮增压器”为涡轮增压器技术的发展提供了一个全... 详细信息

采用空气轴承作为支承元件之后,增压器功率损失明显降低,更重要的是由于无须润滑,油泄漏而造成的增压器频繁故障的问题也消除了,同时整个转子系统的结构也更加简单,空气动压润滑“无油涡轮增压器”为涡轮增压器技术的发展提供了一个全新的思路。为此,本文在原型增压器上应用了空气箔片轴承,对其转子进行了重新设计,并进行了一定的理论和实验研究,以期探索并建立基于空气箔片轴承的无油透平机械的设计和性能测试方法。选择合适的空气箔片轴承之后,对整个转子系统进行了转子动力学性能分析与计算,并搭建了无油涡轮增压器试验台。初步的升降速实验结果表明:增压器样机可以在68000 rpm稳定运行。同时,实时测量了空气箔片推力轴承和空气箔片径向轴承的温度,在稳速期间,两者的温度只是小幅波动,说明了该转子-轴承系统的相对稳定性,同时也验证了无油涡轮增压器设计的可行性。针对不同结构的空气箔片径向轴承和空气箔片推力轴承支承的无油涡轮增压器进行了实验研究。比较了三种不同类型的空气箔片径向轴承对转子响应的影响,实验结果表明:相比于单顶箔空气箔片径向轴承,垫片式空气箔片径向轴承和反向双顶箔式空气箔片径向轴承能够有效地降低转子的次同步振动的幅值,同时次同步振动的出现转速也有显著提高。对不同结构空气箔片推力轴承对转子响应的理论及实验研究结果表明.:相比于六瓣型空气箔片推力轴承,本文设计的无油涡轮增压器上所采用的四瓣型空气箔片推力轴承具有更高的承载能力,在一定程度上能够抑制转子的振动并提高转子系统的稳定性。此外,不同焊点位置径向轴承对其支承转子响应的实验研究表明,焊点位置与重力方向呈90度时(焊点位置位于水平方向),转子的同步及次同步幅值均最小,同时较大幅值次同步振动对应的转速范围也最小。

关键词：无油涡轮增压器空气箔片轴承转子动力学垫片式空气箔片径向轴承反向双顶箔式空气箔片径向轴承焊点位置稳定性

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空气动压润滑无油涡轮增压器的设计与实验研究

空气动压润滑无油涡轮增压器的设计与实验研究

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作者：谢永强湖南大学

学位级别：硕士

气体箔片轴承是一种自作用式柔性表面动压轴承,可以利用周围环境中的空气(或者其他气体)作为其润滑剂。利用这种气体箔片轴承,可以实现增压器的“无油化”,消除润滑油对工作转速的限制,并彻底地解决漏油问题,同时在最大程度上降低装置... 详细信息

气体箔片轴承是一种自作用式柔性表面动压轴承,可以利用周围环境中的空气(或者其他气体)作为其润滑剂。利用这种气体箔片轴承,可以实现增压器的“无油化”,消除润滑油对工作转速的限制,并彻底地解决漏油问题,同时在最大程度上降低装置的质量、体积和复杂程度,消除一切因润滑系统而产生的损失。然而,国内对于气体箔片轴承的制作、性能测试研究较少,针对气体箔片轴承的应用研究更是凤毛麟角。因此,本文尝试把气体箔片轴承应用到涡轮增压器当中,探索建立无油透平机械的设计和性能测试方法。本文的主要研究工作和结果如下:在天雁某型增压器的基础上,用气体箔片轴承替换原有的浮动环轴承,对增压器的转子、轴承体和涡轮壳重新进行了设计。对径向气体箔片轴承和推力气体箔片轴承进行了详细的结构参数设计,预测了径向气体箔片轴承和推力气体箔片轴承的承载能力以及静态、动态特性,同时对整个转子系统的转子动力学性能做了初步计算。计算结果表明,箔片气体轴承的承载能力足够,设计的转子系统在正常工作转速范围内可以避开临界转速。在径向气体箔片轴承制作方法的基础上,成功探索出了推力气体箔片轴承的制作方法。制作了两个径向气体箔片轴承和两个推力气体箔片轴承,并且在轴承顶箔表面镀了一层固体润滑剂。针对径向气体箔片轴承,搭建了起飞试验台和静态性能试验台来测量其性能。针对推力气体箔片轴承,搭建了静态特性试验台。实验结果表明,径向气体箔片轴承在加速和平稳运行时没有出现大幅温升,其起飞转速约在11,000rpm,因此可以尝试在增压器实验台上进一步验证其性能;推力气体箔片轴承的箔片具有非线性刚度特性,并且具有一定的阻尼特性。搭建了无油涡轮增压器试验台。三次试运行后径向气体箔片轴承全部损坏,推力气体箔片轴承完好。实验结果证明:箔片温度可以作为判断箔片轴承是否正常工作的非常有效的指标;制作的推力气体箔片轴承具有足够的承载能力,足以承受增压器开机、停机和稳定工作时的轴向力。最后对造成轴承损坏的可能原因进行了分析。

关键词：气体箔片轴承无油涡轮增压器起飞转速静态特性测试系统实验研究

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柔性动压气体轴承及其转子系统的理论和实验研究

柔性动压气体轴承及其转子系统的理论和实验研究

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作者：刘万辉湖南大学

学位级别：博士

随着旋转设备朝着高转速,高功率密度的方向发展,气体轴承由于采用气体作为润滑介质,摩擦和功耗极小,容易获得极高的DN值,正逐渐成为高速轻载设备的首选。动压气体轴承,由于不需要额外的气源,直接采用环境气体作为润滑介质,大大简化了设... 详细信息

随着旋转设备朝着高转速,高功率密度的方向发展,气体轴承由于采用气体作为润滑介质,摩擦和功耗极小,容易获得极高的DN值,正逐渐成为高速轻载设备的首选。动压气体轴承,由于不需要额外的气源,直接采用环境气体作为润滑介质,大大简化了设备结构,从而提高了设备的可靠性,同时大大降低了设备成本。然而加工精度要求高、稳定性差、承载能力低等正成为制约动压气体轴承发展的关键因素。柔性动压气体轴承由于其柔性的支承结构,使得轴承能够容忍一定的加工误差,从而降低了轴承的加工精度要求。本文从优化轴承结构设计和提高轴承稳定性的角度出发,研究了两种柔性动压气体轴承,即高阻尼柔性支承可倾瓦动压气体轴承和波箔型动压气体箔片轴承。本文通过在柔性支承可倾瓦气体轴承中引入金属丝网阻尼材料得到一种高阻尼柔性支承可倾瓦气体轴承,该轴承中的金属丝网材料能够耗散一定的振动能量,从而提高轴承的稳定性。可倾瓦气体轴承由于其瓦面为刚性表面,同时分离的瓦块导致轴承不能形成大区域连续的气膜,从而轴承的承载能力受到一定的限制。气体箔片轴承由于其连续的全柔性支承结构,更容易形成大区域连续的高压气膜,因此能够获得较大的承载能力。本文对上述两种柔性动压气体轴承的静动态以及非线性特性进行了全面而深入的理论及实验研究。同时,随着气体轴承的应用越来越广,气体轴承-转子系统动力学的问题也备受关注。本文从理论和实验的角度对上述两种柔性动压气体轴承-转子系统的转子动力学特性进行了深入的研究。本论文的主要研究内容和获得的研究成果包括以下几个方面:将金属丝网材料引入柔性支承可倾瓦气体轴承中得到一种高阻尼柔性支承可倾瓦气体轴承。分别建立了柔性支承可倾瓦气体轴承及金属丝网块的理论模型,并将两者相互耦合,从而建立起高阻尼柔性支承可倾瓦气体轴承的气弹耦合润滑模型。根据该理论模型推导了轴承静动态特性的求解方法,模型预测结果与已有文献结果对比验证了该模型的可靠性。研究了轴承参数(金属丝网密度、瓦块径向刚度、金属丝网环预紧量、轴承间隙以及瓦块预载)和运行条件(转速、载荷)等对轴承静态性能(偏心率、姿态角)和动态系数的影响。预测结果证实了金属丝网材料对提高轴承阻尼特性的有效性。提出的轴承理论模型及静动态性能预测方法为轴承以及轴承-转子系统的合理设计提供了重要工具。采用时域轨迹法,耦合轴的运动方程、可压缩气体瞬态雷诺方程、瓦块-金属丝网运动方程,建立了高阻尼柔性支承可倾瓦气体轴承的非线性预测模型。预测结果与已有文献中预测及实验结果吻合良好,证实了本模型的可靠性。预测结果表明金属丝网材料的引入提高了轴承的稳定性。研究了金属丝网密度、外界失稳扰动力、瓦块径向刚度、瓦块预载以及轴承名义间隙对轴承非线性稳定性的影响。对轴承非线性特性的研究有助于进一步扩展轴承的应用范围和运行工况。基于高阻尼柔性支承可倾瓦气体轴承的非线性预测模型,对轴承的分叉特性进行了研究。通过轴心轨迹图、FFT图、庞加莱图以及分叉图等研究了轴承的非线性特性及不同参数的分叉特性。分别分析了转速、转子质量、不平衡半径、瓦块径向刚度、瓦块预载等参数对转子分叉特性的影响。预测结果表明随分析参数值的变化转子响应在周期运动、多倍周期运动和准周期运动中不断变化,揭示了该轴承复杂的非线性特性,为轴承的设计积累了大量的数据。通过耦合可压缩气体雷诺方程,顶箔二维板单元模型以及波箔刚度模型,建立了径向气体箔片轴承的气弹耦合润滑模型,并基于该模型推导了轴承静动态性能的预测方法。预测结果与实验结果对比验证了该模型的可靠性。设计了气体箔片轴承支承的无油涡轮增压器实验台,基于建立的气体箔片轴承理论模型,建立了该实验台轴承-转子系统的转子动力学模型,在设计过程中对所设计的实验台转子系统进行转子动力学分析,并根据分析结果调整轴系结构直到满足设计要求。进一步搭建了采用气体箔片轴承支承的无油涡轮增压器实验台,实验台稳定运转,验证了该实验台设计方案的可行性。为研究气体箔片轴承-转子系统的转子动力学特性,基于该实验台进行了一系列转子动力学实验。研究了轴承焊点安装位置对气体箔片轴承-转子系统转子动力学特性的影响,实验结果表明当焊点位于90°(水平方向)时实验台能获得最好的转子动力学性能。建立了考虑气体箔片推力轴承的气体箔片轴承-转子系统的5自由度(5-DOF)转子动力学模型,该模型耦合了径向气体箔片轴承,气体箔片推力轴承以及刚性转子模型。在频域内分别预测了对称和非对称轴承-转子系统的模态刚度和模态阻尼,研究了轴向力对系统模态刚度及模态阻尼的影响。对气体箔片轴承-转子系统在时域内进行了非线性仿真,预测了不同轴向力下对称及非对称轴承-转子系统分别在同向及异向不平衡情况下的非线性动力学响应,预测结果表明气体箔片推力轴承以及轴向力对气体箔片轴承-转子系统的转子动力学性能有显著影响。综上所述,本文对两种柔性支承动压气体轴

关键词：柔性动压气体轴承可倾瓦气体轴承气体箔片轴承金属丝网非线性分叉无油涡轮增压器转子动力学

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