本文是一篇模具毕业论文代写，本文研究了箔片轴承的加工工艺和设计方法。设计了箔片热处理定型模具，采用芯轴与套筒的方式实现对箔片精度的控制，使用软件对芯轴和套筒进行热膨胀仿真，对模具尺寸进行优化，定型效果较好。采用凹凸模的方式设计了波箔片冲压模具、螺栓压紧的方式固定顶箔片与波箔片，制作出箔片气体动压轴承样件。
第1章绪论
1.1研究背景
随着旋转机械在化工领域、航空领域、以及动力领域得到了越来越广泛的应用，高转速、高功率密度的机械越来越成为发展趋势。传统的带有滚动体的轴承常常被应用于旋转机械中，它们在工作载荷较大且相对中低转速领域中具有一定的优势，由于传统轴承的自身结构原因，它能够承受相对较大的冲击和负载。但传统的滚动轴承和油润滑轴承有时不能够达到环境等使用要求。与传统的滑动轴承、滚动轴承和油润滑轴承等相比气浮轴承工作时转子与轴承没有接触，其转子能够以很高的速度运行。气浮轴承具有很多优点，如振动小、高温稳定性好、摩擦耗损小甚至在极高速度下能够实现无摩擦、无需润滑油等，因此将气浮轴承应用于航空航天、高速透平、低温技术、空气循环、低温制冷、微型燃气轮机等领域中，具有十分良好的应用前景[1]。气体轴承通常有利用外部气源的静压气体轴承与利用气体动压效应的动压气体轴承两种形式，其中依靠外接的气源给轴承供气使轴承能够正常工作是静压气浮轴承的一个特点，但气体静压轴承在使用时的不便之处在于，由于静压气体轴承在使用时需要为其准备一套相对繁琐的外部供气系统，但是在实际应用中没有办法便捷地根据轴承的不同工况调整供气压力，因此通常静压气体轴承很少应用在工程实践中[2]。动压气体轴承与静压气体轴承的区别在于，动压气体轴承在使用时不需要准备复杂的外界具有一定压力的气源。气体因为转子的高速转动被带入到转子与轴承座之间的间隙中，然后被压缩产生压力，当气膜力与外载荷相等时，转子与轴承之间会形成一个动压润滑气膜，这时转子与轴承座完全分开，基本没有摩擦力的存在，从而转子能够高速旋转。在动压气体轴承中，动压轴承的气膜动压效应会随着转速的升高而增强。
1.2箔片气体动压轴承的发展及研究现状
波箔式气体箔片轴承在推出后迅速得到领域的认可，是目前为止发展和研究较为深入的轴承，一般由顶箔片、波箔片以及轴承座等三个部分组成。顶箔光滑的涂层能够有效的减少转子与顶箔在启动和停止时的磨损，从而提高箔片轴承的寿命。而波箔是利用模具冲压成型的具有一定弯曲半径的圆拱形箔片，圆拱形的结构有助于帮助轴承缓冲和吸收转子带来的振动，使系统更加稳定。两者一起卷曲在轴承座内，一端通过点焊或者插槽的方式固定于轴承套内，另一端不做约束处理自由放置在轴承座内，组成具有一个能够提供弹性支撑的结构。因为具有加工工艺简单、工作时无摩擦和服役寿命长等优点，在被研究出来以后经过了几代的改进和发展，其改进思想是通过改善和改进箔片轴承中的弹性支撑结构来达到提高轴承稳定性和承载力，如将单段的波箔片裁成多段不同尺寸的波箔、或者将单层的箔片变为多层的顶箔或波箔等方法。
1.2.1箔片气体动压轴承的发展
自从20世纪60年代末70年代初波箔式箔片气体轴承被研制出来后，经历了迅速地发展,目前已经研发出了多代较为成熟的产品[5-7]。
第一代波箔式径向箔片气体轴承是美国MTI公司在NASA和美国能源部共同资助下在20世纪60年代末研制完成的，其结构如图1.1所示[8]。
第2章径向箔片气体动压轴承润滑原理及Reynolds方程求解
2.2气体动压原理
气体动压润滑是指转子转动时将气体带入到转子与轴承座表面，由于气体存在粘性，当转子转速达到一定速度后，润滑气体被带入到转子与轴瓦之间的楔形间隙，在楔形间隙中的气体产生压力，为转子提供支撑，即气体动压效应，如图2.1所示。形成气体动压的必要条件为：
（1）摩擦表面具有收敛的楔形间隙。（2）转子具有足够高的转速。（3）润滑气体具有适当的黏度。（4）外载不能超过最小气膜所能承受的限度。
润滑气体的性质对于形成的气体动压效果具有显著的影响，气体分为可压缩气体与不可压缩气体，即气体的密度会随着压力和温度的变化而发生明显的变化的叫做可压缩气体。
2.3箔片气体动压轴承理论推导
2.3.1箔片气体动压轴承工作原理
当气体动压轴承工作时，固定的轴承座表面与旋转的转子表面之间产生楔形间隙，高速转动的转子将气体带到楔形间隙中形成动压气膜。具有一定压力的动压气膜将转子撑起，形成动压气膜，使转子能够正常承载运行。气体动压轴承的工作原理如图2.2所示。
箔片气体动压轴承比刚性表面的气体动压轴承增加了弹性的箔片支撑结构，在箔片气体动压轴承产生动压气膜时，高速运转的转子将具有粘性的润滑气体带入到转子顶箔片之间形成的楔形间隙中，随着转速的逐渐升高动压气膜逐渐形成，将转子与顶箔片分离开来，实现气体动压润滑。并且箔片气体动压轴承中的波箔片与顶箔片结构能够起到一定的缓冲和吸收转子振动的作用，使箔片轴承运行更加稳定。
第3章波箔型箔片气体动压轴承设计制造...............................19
3.1引言...........................................19
3.2箔片气体动压轴承设计基本原理...............................19
第4章箔片气体动压轴承优化设计与起飞实验.....................................32
4.1引言....................................32
4.2箔片气体动压轴承的优化设计................................32
第5章顶箔片与波箔片的微动磨损实验研究........................................39
5.1引言.............................................39
5.2实验样品制备............................................39
第5章顶箔片与波箔片的微动磨损实验研究
5.1引言
箔片气体动压轴承具有无润滑介质、耐高温、高转速、能够吸收转子振动等特点，其中顶箔片与波箔片是箔片动压轴承中的两个关键部件。在上一章中的起飞实验样品中可以观察到由于微动导致的顶箔与波箔微动磨损，本实验将对微动磨损进行研究。在轴承达到起飞转速之后转子与箔片之间形成动压气膜支撑转子正常工作，当转子存在不稳定运转或次同步振动时，一部分振动通过气膜的厚度变化消除，另一部分利用箔片结构中波箔的变形和波箔片与顶箔片之间的摩擦阻尼来消除。这种振动引起的箔片之间的相对滑动幅值较小，在长期的磨损后会导致箔片轴承的性能下降或箔片材料的破坏，因此，对箔片结构中的微动磨损研究是有必要的。在本章中，将通过SRV-4微动磨损试验机、扫描电镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）对箔片轴承中的微动磨损进行研究，分析不同位移幅值对微动磨损的影响，研究了箔片结构中微动磨损的类型。
为了与箔片轴承实际工况更加接近，在实验中选用的箔片材料为Inconel x 750，热处理方式为固溶处理加时效强化热处理方式。因为Inconel x 750带材在成型时，其内部通常会存在残余应力，这会导致在箔片冲压之后有一定的回弹，并且来料时材料的状态不清楚也会导致冲压效果不理想，固溶处理是为了使材料回到固溶状态，方便成型。固溶热处理方式为：在真空条件下加热到980℃保温1小时，取出后油冷。再进行时效强化热处理，目的是为了在晶界处析出更多的析出相起到强化合金的作用，时效强化热处理方式为：真空条件下加热到720℃时保温8小时，再以50℃每小时的降温速率降温至620℃保温8小时。对热处理后的箔片利用全自动维氏硬度计测量其硬度，固溶处理之后维氏硬度为200±10HV，时效强化之后的维氏硬度为400±15HV。
第6章结论与展望
6.1结论
波箔型气体动压轴承在航空航天、高速透平、低温技术、空气循环、低温制冷等领域中具有十分良好的应用前景。目前国内外的研究大部分都集中在箔片轴承的箔片建模和静态动态特性分析，对于箔片轴承的设计制造的研究较少。同时，由于转子存在运行不稳定，波箔与顶箔在吸收转子振动的过程会导致箔片的微动磨损。长期的磨损会导致箔片材料的破坏和厚度的改变，使箔片轴承的性能受到影响。所以对箔片的结构设计制造和箔片结构中微动磨损的影响进行深入研究具有重要的意义。本文对箔片轴承承载力性能的影响因素和设计制造方法进行研究，使用SRV-4摩擦磨损试验机对箔片结构中的微动磨损进行研究，分析了微动磨损对箔片轴承的影响。主要研究内容及结论如下：
（1）根据箔片轴承的工作原理，建立了Reynolds方程和气体膜厚方程，利用有限差分法对压力控制方程进行求解，分析箔片的厚度对于箔片轴承承载能力的影响，发现箔片厚度越大承载能力越高、箔片轴承转子转速越高承载能力越强。
（2）研究了箔片轴承的加工工艺和设计方法。设计了箔片热处理定型模具，采用芯轴与套筒的方式实现对箔片精度的控制，使用软件对芯轴和套筒进行热膨胀仿真，对模具尺寸进行优化，定型效果较好。采用凹凸模的方式设计了波箔片冲压模具、螺栓压紧的方式固定顶箔片与波箔片，制作出箔片气体动压轴承样件。利用反向加载的方式搭建箔片气体动压轴承起飞转速实验台，测试实验过程中摩擦力矩的变化和温度的变化，发现在轴承刚启动时摩擦力矩突然增加，随着转速增加到一定值摩擦力矩突然减小，停机时摩擦力矩突然增加，实验过程中轴承温度稳定在室温，证明箔片轴承样件能够成功起飞。同时，在运行一段时间后的轴承箔片上发现有微动磨损的现象。
参考文献（略）