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阿基米德螺旋线腔形高速水润滑轴承稳定性研究

水润滑轴承具有承载能力高、摩擦功耗低、温升低和无污染等优点，尤其适合高转速机械使用。但滑动轴承固有的交叉刚度在高转速条件下易引发转子半频涡动，导致润滑膜失稳，进而引起对轴承-转子系统稳定性的担忧。为提高轴承稳定性，提出了具有阿基米德螺旋线腔形的水润滑动静压轴承结构。建立了考虑紊流影响的动静压轴承润滑模型，并基于摄动法求解轴承的刚度系数、阻尼系数和临界失稳转速等动态特性。搭建高速水润滑轴承实验台，通过实验验证了理论模型与计算结果的正确性。对轴承间隙、腔形参数、供水压力、节流参数和外部载荷等因素对轴承稳定性的影响进行了理论与实验研究。结果表明，阿基米德螺旋线腔形的水润滑轴承具有良好的稳定性，可实现100,000转/分时的稳定运行。减小轴承间隙和增加轴承腔深都能提高轴承的稳定性，而腔圆周宽度和轴向长度存在最佳值，分别为155°和10mm。供水压力和供水孔直径可在低转速下提高轴承的临界转速，但在高转速下它们的影响变得很小。此外，随着外部载荷的增大，轴承临界转速几乎呈对数下降。外部载荷较小时，载荷方向的影响可以忽略。