波箔型空气动力轴承的设计与仿真

[摘 要]通过理论分析，设计出一种新型的波箔型空气动力轴承，包括凸肩，轴承壳体，平箔片以及波箔片。同时利用CFD技术，在特定环境下模拟了在不同转速下轴承的工作状态并得出结论。

[关键词]波箔 ；轴承 ；设计

中图分类号：TH133.37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0106-01

近年以来，空气式动压箔片轴承越来越受到机械领域青睐，其原理主要是利用转子以及轴承内表面之间的动压效应，形成一种气膜使轴承近似悬浮的状态，而内部的平箔和波箔则起到良好的弹性支撑作用。采用波箔型空气动压轴承可以替代小型商务飞机上的滚珠轴承，减少发动机重量，增加发动机稳定性。

如图1.1所示为设计出来的箔片轴承。包括凸肩1、轴承壳体2、平箔片3和多条波箔片4。其中轴承壳体2为圆环形状；凸肩1是从轴承壳体2的一端边缘沿径向向外延伸而形成，起固定和传递载荷作用；平箔片3为圆弧状，多条平箔片3并排设置，并且相邻平箔片3的两侧边缘相互搭接在一起，以保持足够的强度；波箔片4也呈圆弧状，其上设有多个相互交替设置且具有不同曲率半径的两种波纹，一面贴附在所有平箔片3的外表面上，用于为平箔片3提供支承，另一面固定在轴承壳体2的内圆周面上，并且平箔片3和多条波箔片4的一端同时固定在轴承壳体2的内圆周面上，另一端为自由端。

图1.2所示为设计出来的波箔，波箔片4上两种波纹的曲率半径分别为3.77mm和10.88mm，并且曲率中心位于波箔片4的外侧，平箔片3和波箔片4以及波箔片4与轴承壳体2内圆周面之间的楔形间隙5的个数均为16个，平箔片3和波箔片4上固定端与相应的自由端相互靠近设置，平箔片3的直径为46mm。波箔片4上波纹的尺寸范围为3.6-3.8mm。

在仿真平台，可以读出，一个正常的工作状态下，高压转子的转速为51760rpm，低压转速为43636rpm，温度为1179k，压强为543.278kpa，发动起排气温度874k，利用CAD软件进行建模，将模型导入Ansys之后，模拟出来正常工作状态下轴承的应力，应变，位移变化。模拟出来的结果如图1.3：

对轴承流场分析，采用了不同的进气速度，得到的最终轴承所受到的承载力的模拟，通过分析对比，得出轴承的承载力随着进气速度的增大逐渐增大.

结论

轴承的最大位移，应变，以及应力随着转速的增加，都呈增长的趋势。随着进气速度的增大，轴承的承载力也逐渐增大。因此选择相对较小的进气速度对于轴承寿命的延长是非常有必要的。

参考文献

[1] 巩云鹏，杨林. 流体动压轴承的数值分析。硕士论文，东北大学机械工程与自动化学院。

[2] 白葳，喻海良.通用有限元分析ANSYS8.0基础教程[M]，北京：清华大学出版社， 241-293， 442-447.

[3] 李万平.计算流体力学[M]，武昌：华中科技大学出版社，2004.

作者简介：

王淑樱（1993―），男，汉，天津，本科，研究方向：飞行器动力工程。

蒲芋树 （1993―） ，男，汉，天津，本科，研究方向：飞行器动力工程。

基金项目：中国民航大学创新创业项目，201410059011