鼓泡型柔性表面动压气体轴承的承载机理与设计准则研究

柔性表面动压气体轴承具有良好的稳定性和承载力，在微型旋转机械领域受到广泛关注。为适应微型高速旋转机械的需要，本项目拟对新型鼓泡型柔性表面动压气体轴承（简称鼓泡型动压气体轴承）的承载机理及设计准则进行研究。通过分析鼓泡型动压气体轴承表面变形和轴承间隙内压力分布之间的流固耦合，建立该轴承的物理模型及相应的数学模型，结合有限差分法及有限元法对数学模型进行混合求解，获取该轴承的静态性能、动态性能以及稳定性能参数；基于微型高速旋转机械实验平台，对鼓泡型动压气体轴承的承载能力及稳定性进行试验研究，探讨该轴承的不同结构参数和运转参数对轴承性能的影响，结合理论分析的结果，确立该轴承的设计准则。本项目研究成果可为我国自主创新鼓泡型动压气体轴承的设计与制造提供坚实的理论基础，并推动柔性表面动压气体轴承在微型高速旋转机械上的实际应用。

为推动动压气体轴承在高速旋转机械上的应用，针对箔片动压气体轴承进行了相关理论和试验研究。本项目提出了求解弹性流体动力润滑问题的箔片动压气体止推轴承的理论模型，建立了考虑弹性基础变形及轴承止推盘不对中和偏心效应的数学模型，分析了结构参数、位置参数及运转参数对轴承静态性能和动态性能的影响，给出了弹性支承箔片动压气体止推轴承结构参数在理论上的最佳取值范围。在高速透平膨胀机试验台上针对鼓泡型动压气体轴承进行了包括承载特性、振动特性、稳定性、启停性能在内的一系列试验研究，试验结果表明：鼓泡轴承有着良好的稳定性，在转子升速过程中，轴心轨迹非常稳定清晰，在轴向振动频谱图上，一倍频分量占绝对优势，其他分量都可忽略不计；在对轴承表面进行喷涂MoS2处理后，箔片止推轴承能够经受二十次以上的极限加载过程。为提高鼓泡箔片动压气体轴承的稳定性和承载力，对轴承结构进行了相应改进，并申请了两项国家专利。综合理论分析和的结果，确定了箔片动压气体止推轴承的结构参数优化取值范围。