摘要：针对野外战车应急发电机组的氢燃料电池空气压缩机,使用空气动压箔片轴承代替滚动轴承,提出了一种无油空压机轴系的设计方法。先通过预估轴承支承刚度进行轴系的转子动力学分析,根据分析结果设计符合支承刚度和空压机轴向推力要求的气体动压箔片轴承,形成完整的设计方案,并成功应用于轴承-转子系统中。测试了空压机轴系全转速范围内的轴系升降速振动三维频谱图和在40000、60000、80000和100000 r/min下的转子振幅和轴心轨迹,以及耐久性实验的轴系振动结果和轴承温升特性。实验结果表明,设计的轴承性能良好,轴系具有良好的转子动力学稳定性,验证了所提出的轴承设计方案的可行性。

摘要：为了研究波纹刚度特性以及其对箔片轴承动力学特性的影响,设计了波纹箔片刚度测试试验台。分别对两端固定和一端固定一端自由两种约束条件下的波纹箔片刚度进行了测试,并将试验结果与仿真结果进行了对比分析。最后基于轴承波纹结构刚度特性,利用小扰动法求解了轴承动力学特性系数,研究了波纹箔片刚度特性对轴承动力学特性系数的影响。结果表明:两端固定波纹箔片刚度较一端固定一端自由波纹箔片单位宽度刚度大5倍以上,并且随着波纹变形量的增加,两端固定约束使其波纹箔片刚度比一端固定一端自由波纹箔片更具有非线性,而刚度仿真结果并没有体现出非线性,只是模型中引入的结构摩擦因数使得刚度值随摩擦因数有所增大。最后轴承载荷增加会使得轴承刚度系数以及主阻尼增加,其他阻尼系数减小,并且鉴于波纹箔片刚度非线性的原因,采用刚度试验值计算得到的轴承动力学系数增加幅度要明显大于文献仿真模型。

摘要：简要介绍了气体止推箔片轴承的结构,建立了止推轴承数值求解的理论模型,利用有限元法和有限差分法耦合的方式求解气体雷诺方程和气膜厚度方程。通过仿真分析获得了止推轴承承载力随着楔形入口高度的变化关系,发现存在一个最佳的楔形入口高度使轴承的承载力达到最大;在最佳楔形入口高度之前,轴承承载力随着楔形入口高度的增大而急剧增大;在最佳楔形入口高度之后,轴承承载力随着楔形入口高度的增加而缓慢减小。搭建了止推轴承性能测试试验台,对试验台各部分及试验原理进行简单介绍。同时,加工制作了3个具有不同楔形入口高度(20μm,70μm、114μm)的止推轴承,并在15 000 r/min、21 000 r/min、25 000 r/min、28 000 r/min转速下进行了极限承载力试验,与仿真分析进行对比。结果表明:楔形入口高度为20μm的止推轴承所表现出来的轴承性能最好,楔形入口高度为70μm和114μm的止推轴承性能相差不大。在设计、制造止推轴承时,选取适当的轴承楔形入口高度是十分重要的。

摘要：为了研究以波箔型径向气体箔片轴承为支承的轴承-转子系统动力学特性,专门设计了波箔型径向气体箔片轴承试验台,质量为0.458kg的转子在该试验台上实现了超过80 000r/min的运转速度.径向轴承为波箔型径向气体箔片轴承,止推轴承为多叶箔片轴承.试验结果表明:波箔型径向气体箔片轴承能够实现转子高速运行,在转子起飞后具有良好的运行稳定性,其轴承支承处振动位移幅值一直维持在20μm之内.由于驱动涡轮受到不平衡气流力的作用,转轴升速时的起飞转速要高于降速时的起飞转速.

摘要：设计并制造了带有箔片密封式活塞加载装置的气体止推箔片轴承试验台,对带有冷却通道和径向辐射分布波纹箔片的止推箔片轴承进行了试验研究,分别在15 000,20 000,25 000r/min转速下采用摩擦力矩法对带有冷却通道的止推箔片轴承进行了承载力测试试验.结果表明:带有箔片密封结构的活塞式加载装置能够很好地实现止推轴承加载功能,验证了试验台设计的成功,该止推箔片轴承在不同转速下分别得到了145,195,260N的推力,并且轴承承载力和气膜间隙成非线性关系.

摘要：为了研究波纹箔片和轴承壳之间的摩擦特性对转子-箔片轴承系统动力学特性的影响,设计了波箔型径向气体箔片轴承-转子试验台,通过在该试验台上对以两组不同轴承壳圆柱孔内表面粗糙度的箔片轴承支承的质量为0.458kg的转子进行转速为0~8 000r/min的运行试验,对比分析了波纹箔片与轴承壳内壁之间的摩擦效应对系统转子动力学特性的影响.结果表明：直径为19.98mm的波箔型径向气体箔片轴承能够实现转子高速运行,在转子起飞后具有良好的运行稳定性,其轴承支承处的振动幅值一直维持在20μm附近,并且降低轴承壳内表面粗糙度（摩擦因数）能够让波纹箔片相对容易地在平箔片和轴承壳之间周向滑移,使其吸收并消除转子高频振动,提高转子系统运行稳定性.

摘要：针对波箔型气体止推箔片轴承,建立了箔片结构二维薄板模型,并通过有限差分法和有限元法耦合求解可压缩气体Reynolds方程和气膜厚度方程,获得了给定轴承载荷条件下轴承气膜压力分布、气膜厚度分布、平箔片变形量和功率损耗等轴承特性.通过对比楔形高度分别为25,70,100,200,300μm时的轴承特性仿真结果研究了楔形高度对轴承性能的影响.结果表明:降低楔形高度使轴承气膜压力分布更均匀,并降低了平箔片的局部集中载荷.但楔形高度存在一个最佳值,使得达到相同轴承载荷所需的最小气膜厚度最大,并且轴承具有最小功率损耗,提高了轴承的工作效率.该结果为气体止推箔片轴承的结构设计提供的理论参考.

摘要：加工制造了两个不同轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度的波箔型径向气体轴承.在建立的波箔型径向气体轴承性能测试实验台上对预紧状态下两个波箔型径向气体轴承进行了静刚度测试实验,并利用摩擦力矩法测量了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,通过对比两个轴承的实验结果分析了波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦效应对轴承静刚度和悬浮转速的影响.结果表明:降低轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度能够减弱波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦,减小了轴承静刚度,进而在轴承载荷相同的条件下有效降低了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,减少了轴承表面磨损,对轴承结构设计和提高轴承寿命具有工程指导意义.此外,波箔型径向气体轴承的静刚度并不是线性的,而是随着箔片变形量的增大而增大,因此有必要在波箔型径向气体轴承理论建模时考虑箔片结构刚度的非线性特性.

摘要：根据燃料电池系统对空压机提出高压比、大流量、高效率的需求,设计了高转速两级压缩电动离心式空压机,采用动压空气轴承作为转子的支撑,利用DyRoBes软件DyRoBes-Rotor转子动力学软件包,对燃料电池离心空压机转子动力学特性进行了分析。分析结果表明:空压机的一阶弯曲临界转速为3168 Hz,远高于转子系统的最高运行转速的30%;对应的振动模态为弯曲模态,在运行转速范围内轴心轨迹总跳动比值小于20%,最大轴承受力为60 N,远低于轴承承载能力100 N,为轴承和转子进一步优化提供参考。