在gydF4y2Ba 摩擦学的发展gydF4y2Ba 1687 - 5923gydF4y2Ba 1687 - 5915gydF4y2Ba Hindawi出版公司gydF4y2Ba 973740年gydF4y2Ba 10.1155 / 2011/973740gydF4y2Ba 973740年gydF4y2Ba 研究文章gydF4y2Ba 气动轴承的运行特点与自升式能力较低的转速gydF4y2Ba StolarskigydF4y2Ba 塔多兹•卡维基和约普亚当gydF4y2Ba 境外gydF4y2Ba M . M。gydF4y2Ba 机械工程,工程学院和设计gydF4y2Ba 布鲁内尔大学gydF4y2Ba 中的gydF4y2Ba 米德尔塞克斯UB8 ph值3gydF4y2Ba 英国gydF4y2Ba brunel.ac.ukgydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 07年gydF4y2Ba 03gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba 06gydF4y2Ba 2010年gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba 01gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 09年gydF4y2Ba 02gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 版权©2011塔多兹•卡维基和约普亚当Stolarski。gydF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。gydF4y2Ba

一个气动轴颈轴承的自生的压膜压力及其动态特性提出了数值和实验研究。基于呢静态模型的数值方法应用于评估的轨道轨迹路径转子微扰。实验结果来验证自我产生的压膜压力的影响转子的稳定性。分析快速傅里叶变换(FFT)的反应转子轨道启用自励旋转不稳定的识别。数值和实验结果表明,增加轴承的压膜效应可以提高阈值的速度不稳定。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

操作速度相关的气体轴承受到不稳定模态振动和自激转子的旋转。后者通常被认为是更具有破坏性。雷诺兹和总gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)尝试自励旋转气动轴颈轴承的增加速度,直到观察旋转不稳定的轨道路径。发现发展中自励旋转的信号是一个旋转的趋势循环进入两个连接圈。也得出结论,运行在高怪癖有足够的加载或不平衡转子可以提高不稳定的阈值。最近的快速傅里叶变换(FFT)技术gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba)和分岔分析已经应用于转子轨道确定轴承的动态特性。gydF4y2Ba

数字技术已经申请的评估流体膜轴承的动态性能和稳定性。线性微扰法计算线性刚度和阻尼系数从一个小距离转子的平衡位置(gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba]。使用这些系数,隆德(gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba]介绍了临界质量参数。临界质量是阈值质量转子的稳定运行,因此,负临界质量表明,自激的必然性旋转不稳定。引入非线性轨道方法的灵活性,Castelli Elrod [gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba),已经认识到由于计算能力的增长。轨道的方法包括耦合运动和流体方程和他们在一起的时间。如果《华尔街日报》从它的平衡位置,流离失所的轨道路径转子是用来评估轴承的稳定性。如果转子回到平衡位置,条件是稳定的,不稳定的,如果《螺旋半径增加。虽然非线性轨道方法没有限制或假设,这个过程的成本仍被认为是高与其他分析方法相比,特别是对于参数研究。静水微量气体径向轴承动力学研究了刘和Spakovszky [gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba]。特别是,他们认为轴承刚度各向异性的影响轴承的动态行为。在另一篇论文Teo et al。gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba),给出了超短气体轴承动力学和讨论。gydF4y2Ba

在上一篇文章中,作者提出了一个气动弹性铰链轴颈轴承,利用压电元素主动变形的纯圆形轴承间隙三叶齿轮轴承间隙(gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba]。实验和数值结果表明,该轴承是能够产生压膜的压力效应使转子悬浮。这个自生的压膜压力提出了替代空气静压压力。转子由压膜压力的动态响应在低转动速度是本文的主题。实验和数值计算结果给出了展示自我产生的压膜压力的作用提高气体轴承的动态特性。相信本文首次演示了转子的动态行为支持纯粹的压膜机制所产生的压力速度旋转的气动压力的起始的一代。gydF4y2Ba

2。理论分析gydF4y2Ba

轴承的工作原理被描述在别处(gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba),不得重复。图gydF4y2Ba 1(一)gydF4y2Ba显示了三叶齿轮测试轴承和总结了维度表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。图gydF4y2Ba 1 (b)gydF4y2Ba显示了轴和轴承的原理图;轴承预紧的压电致动器来创建静态三叶齿轮轴承间隙。活跃的三叶齿轮膜厚度(gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba描述如下:gydF4y2Ba HgydF4y2Ba WgydF4y2Ba =gydF4y2Ba hgydF4y2Ba WgydF4y2Ba OgydF4y2Ba cgydF4y2Ba +gydF4y2Ba hgydF4y2Ba WgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba cgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 因为gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba (gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba 罪gydF4y2Ba (gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba εgydF4y2Ba WgydF4y2Ba OgydF4y2Ba 因为gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba |gydF4y2Ba 0.07986gydF4y2Ba εgydF4y2Ba WgydF4y2Ba OgydF4y2Ba 因为gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba |gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba εgydF4y2Ba WgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 罪gydF4y2Ba (gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba tgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 因为gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba |gydF4y2Ba 0.07986gydF4y2Ba εgydF4y2Ba WgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 罪gydF4y2Ba (gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba tgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 因为gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba |gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba 一个完整的转子和轴颈轴承的瞬态分析包括两个压膜的影响,一个由于轴承的不断循环挤压作用产生的压电致动器,另由于转子的自然翻译。gydF4y2Ba

测试轴承的尺寸。gydF4y2Ba

变量gydF4y2Ba 值gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 650克gydF4y2Ba
lgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 25毫米gydF4y2Ba
rgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 15毫米gydF4y2Ba
cgydF4y2Ba 40gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba
egydF4y2Ba wgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 1.77gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米(60 V抵消)gydF4y2Ba

(a)的照片压电致动器的测试轴瓦与安排。(b)的静态三叶齿轮几何轴承(规模)。gydF4y2Ba

考虑的挤压条件收益率高度非线性瞬态问题,增加计算时间和不稳定。出于这个原因,提出完整的瞬态方法Castelli Elrod [gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba]从未应用在压膜空气轴承。然而,通过假设转子翻译速度微不足道轴承的活跃压膜频率后者挤压术语可能被忽视和准静态方法发展。gydF4y2Ba

2.1。比较静态和瞬态轨道的方法gydF4y2Ba

轨道之间的比较静态和瞬态方法研究了平原,三波气动轴承。在这里,自发的压膜的频率为零,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba WgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 。瞬态和静态轨道的控制方程方法所示(gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba 2 bgydF4y2Ba),分别;解决方案的细节过程下一节所示。静态方法是不同的瞬态方法忽视了自然紧缩词在雷诺方程,因此转子的平动惯性也被忽视。然而,解决方案的过程是相同的两种方法,试图寻找呢技术的平衡位置。虽然真正的转子运动轨迹可能只是获得完整的瞬态解,如果稳定,它将产生相同的稳态解的静态分析。gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba θgydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba PgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba PgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ΛgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba )gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba θgydF4y2Ba +gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ΛgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba )gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba YgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba XgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba θgydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba PgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba PgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ΛgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba )gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba θgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba YgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba XgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba 2(一个)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 2 (c)gydF4y2Ba显示转子的轨道路径从静态和瞬态方法获得一个普通圆轴颈轴承与增加外部负载。显著差异的两个轨迹可以看出,特别是在自激旋转的存在。的瞬态解图gydF4y2Ba 2(一个)gydF4y2Ba越来越显示旋转的轨道路径,而静态解显示融合解决方案。数据gydF4y2Ba 2(一个)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 2 (c)gydF4y2Ba表明,转子的稳定性可以改善通过增加外部负载;这里的静态和瞬态分析显示,快速收敛的相同的解决方案。gydF4y2Ba

轨迹路径转子的中心(表示为一个配给转子中心位置随轴承间隙),对比普通圆轴颈轴承瞬态和静态结果,gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1000年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba cgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 40gydF4y2Ba μgydF4y2Ba 米gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba rgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba 大量(a) 56.65克,113.4 g (b)和(c) 170.2克。gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba 3(一个)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 3 (d)gydF4y2Ba显示转子的轨迹的影响路径与静态三叶齿轮间隙的大小。轻负荷的56.65 g和小型静态振幅gydF4y2Ba (gydF4y2Ba εgydF4y2Ba wgydF4y2Ba ogydF4y2Ba )gydF4y2Ba ,结果表明,转子的平衡位置从未达成,相反,转子经历一个周期轨道如图gydF4y2Ba 3(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 3 (b)gydF4y2Ba。然而,由于忽视了转子的惯性,从静态的解决方案获得轨道的大小远小于那些从瞬态解。数据gydF4y2Ba 3 (c)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 3 (d)gydF4y2Ba表明,普通的三叶齿轮轴承的稳定性可以通过增加叶离心率提高。这里的静态和瞬态解与没有旋转显示良好的协议。gydF4y2Ba

转子中心的轨迹路径(表示为一个配给转子中心位置随轴承间隙),对比瞬态和静态结果平原三叶齿轮轴承负荷为56.65 g,gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1000年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba cgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 40gydF4y2Ba μgydF4y2Ba 米gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba rgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba 和叶怪癖(gydF4y2Ba εgydF4y2Ba WgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba )0.0875 (a), 0.25 (b)和(c) 0.375, 0.5 (d)。gydF4y2Ba

虽然从静态分析获得轨迹路径产生的不同于那些真正的瞬态分析,他们可能仍然适用于评估轴承的动态特性。如果轴承运行稳定,静态的解决方案应该屈服于聚合值;然而,如果找到多余的振荡,自激旋转不稳定是最有可能发生。自激旋转在轻负载轴承常见小怪癖gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 。然而,它必须强调,正确的方法是真正的瞬时轨道方法即使它是耗时。gydF4y2Ba

2.2。应用程序的静态轨道的方法gydF4y2Ba

与假设通常用于气膜轴承分析(gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba),电影的压力可以通过解决quasisteady-state雷诺方程,所示(gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba它的无量纲形式)。gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba XgydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba PgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba XgydF4y2Ba )gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba PgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba )gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ΛgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba )gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba XgydF4y2Ba +gydF4y2Ba σgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba (gydF4y2Ba PgydF4y2Ba HgydF4y2Ba )gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba τgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba 挤压数量gydF4y2Ba σgydF4y2Ba 是由gydF4y2Ba σgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba μgydF4y2Ba ωgydF4y2Ba rgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba cgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 和轴承数gydF4y2Ba ΛgydF4y2Ba 是由gydF4y2Ba ΛgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba μgydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba τgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba cgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

在这里gydF4y2Ba ΛgydF4y2Ba 特征自动气动压力产生的转速gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba 转子的偏心位置和gydF4y2Ba σgydF4y2Ba 特征生成的自动压膜压力循环三叶齿轮轴承间隙的频率gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

非线性雷诺方程是discretised使用有限差分法(FDM)和中亚松驰技术解决了迭代使用下面的边界条件。gydF4y2Ba PgydF4y2Ba |gydF4y2Ba zgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba PgydF4y2Ba |gydF4y2Ba zgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba 初始条件是gydF4y2Ba PgydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ygydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba 连续的电影,gydF4y2Ba PgydF4y2Ba |gydF4y2Ba θgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba PgydF4y2Ba |gydF4y2Ba θgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba 在quasisteady-state常数周期性,gydF4y2Ba PgydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba =gydF4y2Ba PgydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba +gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba HgydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba =gydF4y2Ba HgydF4y2Ba |gydF4y2Ba τgydF4y2Ba +gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

在空中力量带来的压力电影被估计为空间域上的积分的压力为一个完整的周期(见(gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba 10 bgydF4y2Ba))。的时间平均压力估计为一个周期中所示(gydF4y2Ba 11个gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba 11 bgydF4y2Ba)。这一次平均力压膜空气轴承的承载力。gydF4y2Ba FgydF4y2Ba PgydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba ∫gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ∫gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 因为gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba (gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba dgydF4y2Ba θgydF4y2Ba dgydF4y2Ba ZgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba FgydF4y2Ba PgydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba ∫gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ∫gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 罪gydF4y2Ba (gydF4y2Ba θgydF4y2Ba )gydF4y2Ba dgydF4y2Ba θgydF4y2Ba dgydF4y2Ba ZgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba FgydF4y2Ba ̅gydF4y2Ba PgydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba ∫gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba FgydF4y2Ba PgydF4y2Ba YgydF4y2Ba dgydF4y2Ba τgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba FgydF4y2Ba ̅gydF4y2Ba PgydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba ∫gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba FgydF4y2Ba PgydF4y2Ba XgydF4y2Ba dgydF4y2Ba τgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

运动方程为一个完美的平衡,刚性转子gydF4y2Ba ygydF4y2Ba 和gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 方向所示(gydF4y2Ba 12个一个gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba 12 bgydF4y2Ba),分别gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba FgydF4y2Ba ̅gydF4y2Ba PgydF4y2Ba YgydF4y2Ba +gydF4y2Ba WgydF4y2Ba YgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba FgydF4y2Ba ̅gydF4y2Ba PgydF4y2Ba XgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 质量和外部重力负载的无量纲量如下所示:gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba cgydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba rgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba WgydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ggydF4y2Ba pgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba rgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

通过耦合雷诺方程和运动方程,quasisteady-state位置使用欧拉方法迭代求解。首先,加速度不平衡力是通过求解运动方程。然后速度和位移估计(gydF4y2Ba 14个gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba 14 bgydF4y2Ba),分别在下标gydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 表示值前一个时间步。欧拉的时间步gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba 不需要那么小gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba τgydF4y2Ba 但是,更加方便,它通常是与转子转速频率而不是压膜,gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba (gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba )gydF4y2Ba >gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba τgydF4y2Ba (gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba YgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̈gydF4y2Ba XgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba YgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ̇gydF4y2Ba XgydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba TgydF4y2Ba +gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba 新的转子位置,下一部电影的压力循环使用雷诺兹方程又解决了。这个过程会一直重复,直到达到收敛,转子怪癖gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 和gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 收敛于一个周期的稳态解。gydF4y2Ba

3所示。实验仪器和程序gydF4y2Ba

测试平台,包括住房的轴承和转子,如图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

实验测试装置的示意图。gydF4y2Ba

转子支持由一个空气静压止推轴承轴向和径向轴承的测试。在测试之前,可压缩压膜压电致动器所产生的效果是使转子的悬浮测试轴承。装置用于驱动压电致动器由一个函数发生器和一个放大器gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba]。试验装置和设备的照片如图gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba。致动器的电压波形控制的可压缩压膜的效果。转子是由一个空气透平系统,和一个光学传感器监测转子的转速。发现压膜动作时激活,很少或根本没有和转子之间的摩擦接触存在测试轴承,转子是然后用很少的努力由压缩空气驱动的飞机(空气透平)。两个电容位移传感器,安装在一个x - y配置,监测转子平移运动。所有的测试数据都使用基于计算机的数据采集系统监控并保存。gydF4y2Ba

概述实验测试平台和装置:(A)试验装置,光学传感器(B)速度,(C)速度计,(D)位移探针致动器,(E)正弦波发生器,(F)压电放大器,(G)示波器、电压表(H)。gydF4y2Ba

快速傅里叶变换(FFT)的X和Y转子的振幅显示转子振动的行为。总结了振动的大小和频率的频谱峰值的大小。山峰下面转动频率显示次同步的旋转和转动频率的峰值显示了转子的不平衡响应。次同步的旋转的转子通常表现为明显的自激不稳定(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba),旋转的模式可能转化,锥形,或两者的结合gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

整个试验装置夹倾斜的基础。通过倾斜试验装置的倾斜角度,加载到测试轴承是由转子的重力。轴承上的载荷计算的表达式:gydF4y2Ba WgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 罪gydF4y2Ba αgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

发现,尽管测试轴承是能够支持222.3 g对应的负载20°倾斜gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba),大型稳态怪癖(gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba >gydF4y2Ba 0.9gydF4y2Ba )表明,实际的最大静载荷的轴承是56.65克(5°倾斜)。还发现,效果是由gydF4y2Ba egydF4y2Ba WgydF4y2Ba 和gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 。范围的测试,结果表明gydF4y2Ba egydF4y2Ba WgydF4y2Ba 有更多的发音在nonresonance频率的影响。在这项研究中,不同的压膜效应研究gydF4y2Ba egydF4y2Ba WgydF4y2Ba 总结如表gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

测试参数的实验和数值研究。gydF4y2Ba

变量gydF4y2Ba 设置gydF4y2Ba 值gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba αgydF4y2Ba 0°,5°,10°,20°倾斜gydF4y2Ba 0 g、56.65 g、113.4克,170.2克,222.3克gydF4y2Ba
egydF4y2Ba wgydF4y2Ba 30 V, 40 V, 50 VgydF4y2Ba 0.45gydF4y2Ba μgydF4y2Ba0.65米,gydF4y2Ba μgydF4y2Ba0.85米,gydF4y2Ba μgydF4y2Ba米gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba /gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba πgydF4y2Ba 1500赫兹gydF4y2Ba 1500赫兹gydF4y2Ba
4所示。结果和讨论gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba 6(一)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 6 (c)gydF4y2Ba显示转子轨迹路径的数值结果使用的静态分析负载56.65 g。可以看出,与缺乏自有压膜效应,转子将接受周期轨道和可能旋转指向其不稳定。出于这个原因,自生的压膜效应不仅是必要的,使转子悬浮在启动阶段和海岸,还在运行,转子驱动速度。gydF4y2Ba

准静态结果为三叶齿轮轴承压膜效应,gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1500年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba ,56.65 g加载:gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 320年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,(b)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 630年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,(c)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1020年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba 。转子中心的轨迹路径表示的配给转子中心位置随轴承间隙。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 6 (c)gydF4y2Ba表明,负载为56.65 g(而不是轻负荷)的转子仅限于1020 rpm,自励旋转的速度是不可避免的。转子的稳定性可以通过增加提高轴承上的负载或通过增加压力的大小由压膜生成机制。结果表明,压膜效果改善不稳定的阈值增加的垂直偏心转子,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba 7(一)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 7 (c)gydF4y2Ba显示实验结果转子的轨道获得转动频率的320 rpm, 630 rpm,和1020 rpm。相应的FFT反应如图gydF4y2Ba 8(一个)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 8 (c)gydF4y2Ba。周期性的圆形轨道与FFT反应显示在同一频率振动振幅随着转动频率从加工公差转子失衡的直接结果。不稳定转子时明显执行一个混沌轨道;这是显示在FFT响应峰值低于转动频率。这些峰值频率转动频率的一半;因此不稳定性等性质通常被称为“半频旋转”。结果表明,轨道的大小随转动频率增加;这也是转子不平衡的影响。然而,在转速为1020 rpm,椭圆轨道的半径较大的转子的轴承径向间隙建议转子在锥形轴承壁接触旋转模式。发现在试图增加转速通过这个门槛,转子的轴承失败和停滞。gydF4y2Ba

转子与轨道压膜效应,gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1500年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 零负载:(a)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 320年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,(b)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 630年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,(c)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1020年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

FFT反应(gydF4y2Ba μgydF4y2Bam]转子的轨道gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1500年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 零负载:(a)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 320年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,(b)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 630年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba ,(c)gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1020年gydF4y2Ba rpmgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

当挤压频率激发的共振频率轴承、大量观察获得的振动响应。这在振幅增益导致增加压膜的效果。然而,周期性,但混乱的运动生成一个不对称压力分布,和观察的self-rotating影响转子。gydF4y2Ba

5。结束语gydF4y2Ba

论文的研究表明压膜机制的可行性和自升式效应,压膜生成的压力。这项研究可能会扩展到改善这种自发的压膜轴承的能力,反过来,不稳定性的阈值速度会增加。使用超声波压电元素也可能被视为这提供无噪声的操作。轴承还可以被开发来创建波旅行,和非接触超声波电动机的可能性也将是一个有趣的调查。理论分析可能扩展到一个完整的压膜轴承的瞬态分析。计算需求分析是最好的会见了并行计算的使用。然而,努力也应该考虑改善数值计算效率的方案。gydF4y2Ba

基于轨迹路径生成的数值结果呢静态分析被认为是适当的评估轴承的动态稳定性。数值结果表明,轴承的稳定性可以改善通过增加静态叶离心率,增加外部负载,或提高自生的压膜压力。实验结果表明,轴承的自发的压膜压力支撑轴承上的负载可以在启动阶段的气体轴承使用的操作。然而,它可以提高转子的不稳定性阈值的速度给定轴承气动压力生成机制变得活跃。在气体轴承的情况下,测试结果呈现,速度被发现1020 rpm。gydF4y2Ba

命名法gydF4y2Ba cgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

未变形的径向轴承间隙gydF4y2Ba

egydF4y2Ba XgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

水平偏心转子gydF4y2Ba

egydF4y2Ba YgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

垂直偏心转子gydF4y2Ba

egydF4y2Ba WgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

动态三叶齿轮运动的振幅gydF4y2Ba

egydF4y2Ba WgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

静态三叶齿轮轴承间隙的振幅gydF4y2Ba

FgydF4y2Ba PgydF4y2Ba XgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

由于压力无量纲的力量gydF4y2Ba xgydF4y2Ba方向gydF4y2Ba

FgydF4y2Ba PgydF4y2Ba YgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

由于压力无量纲的力量gydF4y2Ba ygydF4y2Ba方向gydF4y2Ba

FgydF4y2Ba ̅gydF4y2Ba PgydF4y2Ba XgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

由于压力时间平均无量纲的力量gydF4y2Ba xgydF4y2Ba方向gydF4y2Ba

FgydF4y2Ba ̅gydF4y2Ba PgydF4y2Ba YgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

由于压力时间平均无量纲的力量gydF4y2Ba ygydF4y2Ba方向gydF4y2Ba

ggydF4y2Ba :gydF4y2Ba

重力加速度gydF4y2Ba

hgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

膜厚度gydF4y2Ba

lgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

轴承轴向长度gydF4y2Ba

米gydF4y2Ba αgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

的质量负载gydF4y2Ba

米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

轴的质量gydF4y2Ba

米gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

无量纲质量(见(gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba))gydF4y2Ba

pgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

环境压力gydF4y2Ba

pgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

电影的压力gydF4y2Ba

PgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

电影无量纲压力,gydF4y2Ba PgydF4y2Ba =gydF4y2Ba pgydF4y2Ba /gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba

rgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

转子半径gydF4y2Ba

tgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

时间gydF4y2Ba

TgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

无因次时间,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ΩgydF4y2Ba tgydF4y2Ba

zgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

位移长度gydF4y2Ba

ZgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

无量纲轴承位移长度,gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba =gydF4y2Ba zgydF4y2Ba /gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba

αgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

倾斜的角度gydF4y2Ba

εgydF4y2Ba 佤邦gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

无量纲动态三叶齿轮运动的振幅,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba 佤邦gydF4y2Ba =gydF4y2Ba egydF4y2Ba 佤邦gydF4y2Ba /gydF4y2Ba cgydF4y2Ba

εgydF4y2Ba 我们gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

无量纲静态振幅,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba 我们gydF4y2Ba =gydF4y2Ba egydF4y2Ba 我们gydF4y2Ba /gydF4y2Ba cgydF4y2Ba

εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

水平转子的偏心率,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba =gydF4y2Ba egydF4y2Ba XgydF4y2Ba /gydF4y2Ba cgydF4y2Ba

εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

立式转子的偏心率,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba =gydF4y2Ba egydF4y2Ba YgydF4y2Ba /gydF4y2Ba cgydF4y2Ba

εgydF4y2Ba XgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

水平的转子偏心比前一个时间步gydF4y2Ba

εgydF4y2Ba YgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba :gydF4y2Ba

垂直的转子偏心比前一个时间步gydF4y2Ba

θgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

角长度的电影gydF4y2Ba

μgydF4y2Ba:gydF4y2Ba

粘度的液体膜gydF4y2Ba

τgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

无因次时间,gydF4y2Ba τgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba tgydF4y2Ba

ωgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

三叶齿轮运动的频率gydF4y2Ba

ΩgydF4y2Ba :gydF4y2Ba

转子的转动频率。gydF4y2Ba

雷诺兹gydF4y2Ba d·B。gydF4y2Ba 总值gydF4y2Ba w·A。gydF4y2Ba 试验研究自动空气润滑径向轴承的旋转gydF4y2Ba 可以交易gydF4y2Ba 1962年gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 392年gydF4y2Ba 403年gydF4y2Ba 公园gydF4y2Ba j·K。gydF4y2Ba 金gydF4y2Ba k W。gydF4y2Ba 主轴系统的稳定性分析和实验使用的新型slot-restricted气体轴承》杂志上gydF4y2Ba 摩擦学国际gydF4y2Ba 2004年gydF4y2Ba 37gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 451年gydF4y2Ba 462年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 1842507019gydF4y2Ba 10.1016 / j.triboint.2003.12.014gydF4y2Ba 白菜gydF4y2Ba f·K。gydF4y2Ba 布劳恩gydF4y2Ba m·J。gydF4y2Ba 胡gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 在一个普通的轴颈轴承的非线性影响。第1部分。分析研究gydF4y2Ba 摩擦学学报gydF4y2Ba 1991年gydF4y2Ba 113年gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 555年gydF4y2Ba 562年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0026189467gydF4y2Ba 隆德gydF4y2Ba j·W。gydF4y2Ba 审查的电影杂志轴承流体动力系数的概念gydF4y2Ba 摩擦学学报gydF4y2Ba 1987年gydF4y2Ba 109年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 37gydF4y2Ba 41gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0023090338gydF4y2Ba 卡斯泰利gydF4y2Ba V。gydF4y2Ba ElrodgydF4y2Ba h·G。gydF4y2Ba 溶液稳定性问题的360度自动,气体润滑轴承gydF4y2Ba ASME基础工程》杂志上gydF4y2Ba 1965年gydF4y2Ba 87年gydF4y2Ba 199年gydF4y2Ba 212年gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba l . X。gydF4y2Ba SpakovszkygydF4y2Ba z S。gydF4y2Ba 轴承刚度各向异性对静水的影响微气体轴承动态行为》杂志上gydF4y2Ba 燃气轮机工程和权力gydF4y2Ba 2007年gydF4y2Ba 129年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 177年gydF4y2Ba 184年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 34248376100gydF4y2Ba 10.1115/1.2180813gydF4y2Ba 张志贤gydF4y2Ba c·J。gydF4y2Ba SpakovszkygydF4y2Ba z S。gydF4y2Ba 雅各布森gydF4y2Ba 美国一个。gydF4y2Ba 非定常流和超短Lomakin气体轴承的动态行为gydF4y2Ba 摩擦学学报gydF4y2Ba 2008年gydF4y2Ba 130年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 42149182367gydF4y2Ba 10.1115/1.2805403gydF4y2Ba 011001年gydF4y2Ba 哈gydF4y2Ba d . N。gydF4y2Ba StolarskigydF4y2Ba t。gydF4y2Ba YoshimotogydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 可调的气动轴承几何和自升式capacity-part 1: self-lift压膜的能力gydF4y2Ba 美国机械工程师学会学报》上gydF4y2Ba 2005年gydF4y2Ba 219年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 33gydF4y2Ba 39gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 15244343151gydF4y2Ba 10.1243 / 135065005 x9682gydF4y2Ba