仿生表面波箔气体推力轴承性能研究.doc

仿生表面波箔气体推力轴承性能研究波箔气体轴承是一种柔性表面轴承,按其承受径向还是轴承载荷分为承受径向载荷的波箔气体径向轴承和承受轴向载荷的波箔气体推力轴承。波箔气体轴承被广泛应用于高速旋转机械。由于箔片表面的磨损严重制约着箔片的使用寿命,为解决这一问题,借鉴荷叶等生物表面织构具有良好润滑性能这一特点,作者提出一种仿生表面波箔气体推力轴承,即在静止的平箔上加工按一定规律分布的表面织构,利用其二次动压效应解决箔片磨损问题。本文采用理论和实验相结合的研究方法。理论研究方面本文建立了仿生表面波箔气体推力轴承的数学模型,包括考虑表面织构和箔片弹性变形的膜厚方程,以及考虑表面织构的压力分布模型,并采用Matlab编程数值求解出气膜压力分布。在此基础上探究了矩形凹坑深度、面积率对轴承承载力的影响。结果表明,在轴承平箔上做合适的表面处理,在理论上可以获得额外的流体动压润滑效果,此外,矩形凹坑深度、面积率对轴承气膜压力分布有显著影响,而矩形凹坑长宽比对轴承气膜压力分布几乎没有影响。实验研究方面,加工了轴承波箔和织构化平箔,探究出采用光刻微细电解加工法在平箔表面加工表面织构的加工工艺,并对所加工表面织构的结构尺寸进行了表征。随后搭建了轴承实验台,对轴承性能进行了测试,测试了轴承各阶段的摩擦力矩,轴承位移和温度,比较了无织构轴承和有织构轴承的性能差异。