SMA弹簧气体箔片轴承温度特性及转子动力学特性实验研究

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气体箔片轴承(以下简称气体轴承)是一类使用环境大气或者其他气体作为工作介质的滑动轴承,其可靠性高、耐高温,并且免维护,在石油化工、能源、航空航天等领域得到了愈加广泛的应用。国内外学者为了提高气体轴承的性能,从箔片材料、轴承结构等方面进行改进,进行了大量的理论及实验研究。气体轴承也存在如较低阻尼、较低承载能力、性能单一等缺陷,这些缺点影响了气体轴承更广泛的应用。研究发现,形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)能在高温或低温状态时,发生马氏体相和奥氏体相之间相互转变的相变过程,恢复其原始形状尺寸和杨氏模量,将其应用于气体轴承中,则为主动控制气体轴承的刚度阻尼特性提供了可能。基于以上,本文提出一种使用SMA弹簧作为弹性支承结构的气体轴承,其结构简单,易于制作,具有良好的刚度阻尼特性,且能通过控制温度让SMA弹簧处于不同的状态来达到主动控制轴承性能的目的,对于SMA弹簧轴承,本文做了以下工作:对镀膜后的SMA弹簧进行相变前后两个状态下的轴向拉伸实验,得到其相变前后不同的刚度值,对SMA弹簧进行通电实验,得到其温度-时间变化关系曲线;设计并制作了SMA弹簧轴承,搭建垂直静载实验台,对SMA弹簧轴承的弹性支承结构进行垂直静载实验,得到支承结构的刚度-位移关系曲线。搭建气体轴承推-拉实验台,对SMA弹簧轴承进行常温和相变两个状态下的静态推-拉实验,得到相变前后轴承的名义间隙、结构刚度,并将常温状态下的数据与同样尺寸的第一代波箔型气体轴承进行对比;在静态气体轴承推-拉实验台的基础上,利用激振器对SMA弹簧轴承进行常温和相变两个状态下的激振实验,得到轴承相变前后刚度、阻尼、损耗因子随激振频率和激振振幅的变化关系。搭建气体轴承启停实验台,对SMA弹簧轴承进行启停实验,得到其起飞转速和起飞转矩数据,并与同样尺寸的第一代波箔型气体轴承进行对比;设计制作80.0 mm直径的SMA弹簧轴承,对其进行有冷却条件下的温度特性实验,观测轴承运行时的摩擦转矩和温度随时间的变化关系;搭建高速气动转子动力学特性实验台,以SMA弹簧轴承为支承进行转子动力学实验,分析SMA弹簧气体轴承在不同名义间隙下的转子动力学响应。
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