[發(fā)明專利]一種推力動壓氣體軸承承載力的預測方法

在審

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• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113704913A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 張明鋒;李大進;滿延進;馬同玲
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;F16C17/04;G06F119/14
• 代理公司: 中國兵器工業(yè)集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王雪芬

本發(fā)明涉及一種推力動壓氣體軸承承載力的預測方法，屬于機械潤滑技術領域。本發(fā)明提出的一種推力動壓氣體軸承最大承載能力的預測方法，能夠較為準確地得到波箔動壓氣體軸承的最大承載能力，即軸承進行長時間正常穩(wěn)定工作時能承受的最大負載，大于此負載則容易引起軸承性能的不穩(wěn)定，甚至出現碰摩、潤滑失效。根據此預測方法能夠指導軸承設計以及轉子系統(tǒng)軸向力。本發(fā)明的方法易實現，且經過試驗驗證，能夠較為準確的指出軸承的實際承載能力。

技術領域

本發(fā)明屬于機械潤滑技術領域，具體涉及一種推力動壓氣體軸承承載力的預測方法。

背景技術

動壓氣體軸承是以氣體為潤滑介質的軸承，利用氣體的動壓效應起到支撐作用，且氣體的粘度小于油膜，因此功耗低、壽命要長于傳統(tǒng)的油潤滑軸承，如圖1所示，現有推力動壓氣體軸承是由彈性支承箔片(波箔)2和頂層箔片3組成，兩者固定在安裝底座1上，頂層箔片3和推力盤4之間形成的楔形區(qū)域在推力盤4高速運轉時利用氣體的動壓效應產生高壓區(qū)，從而支撐起推力盤，實現氣體潤滑，目前已廣泛應用于高速輕載領域。

推力動壓氣體軸承的承載力性能關系轉子系統(tǒng)軸向穩(wěn)定性，對其承載力大小的預測顯得尤為重要。軸承承載力的評估準確度直接關系軸承設計、小氣路設計和軸向力設計。

推力動壓氣體軸承承載能力的經驗公式為：

W＝Λ(π×w×D)(D×ω)

其中，W為軸承的承載能力，Λ為軸承的承載能力系數，w為止推軸承內外徑的差值，D為止推軸承內外徑的平均值，ω為轉速 (krpm)，并且根據軸承的結構形式給出了Λ的經驗值，但根據該公式計算出來的承載能力過于樂觀，按照對應結構形式設計加工的波箔在試驗過程中的承載力往往達不到計算值。

目前另外一種預測推力動壓氣體軸承承載力的方法是通過數值計算求解流體潤滑方程(Reynolds方程)和有限元分析求解箔片變形，兩者耦合求解得到軸承在不同轉速、楔形區(qū)域間隙(h₂)等情況下的承載力，但仿真計算對于軸承的實際極限承載能力估計不足，且實際使用時難以確定其間隙。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是：如何設計一種推力動壓氣體軸承最大承載能力的預測方法，能夠較為準確的得到波箔動壓氣體軸承的最大承載能力，。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種推力動壓氣體軸承承載力的預測方法，包括以下步驟：

步驟1、采用數值計算求解Reynolds方程得到氣膜壓力分布；

步驟2、采用線性柔度公式得到波箔的剛度；

步驟3、利用結構變形方程基于所述剛度求解波箔的變形量；

步驟4、將Reynolds方程和結構變形方程耦合迭代求解得到軸承在不同轉速、間隙下的承載能力，同時得到承載能力對應的最小氣膜厚度。

優(yōu)選地，步驟1具體為：

對于推力軸承，穩(wěn)態(tài)Reynolds方程在柱坐標系下的表達形式為：

其中，r為軸承的半徑，p為氣膜壓力，h為氣膜厚度，θ為推力軸承周向角度，ω為轉子轉動的圓頻率，μ為氣體粘性系數，t為時間，將用于穩(wěn)態(tài)Reynolds方程求解氣膜壓力分布和氣膜厚度分布。

優(yōu)選地，步驟2具體為：

波箔一端固定在安裝底座上，另一端可自由變形，波箔軸承固定端的柔度為