Page 6 - 摩擦学学报2025年第5期

640 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

表 1 多叶型空气箔片轴承的具体尺寸参数 的力与位移数据，将其取平均值得到力与位移的回滞曲
Table 1 Specific dimensional parameters of multi-leaf air
线，如图5所示. 在外部受力时，弹性箔片可以减少部分
foil bearings
冲击和振动，使推拉加载中轴承位移响应产生滞后，该
Parameters Specifications
迟滞现象即为阻尼特性. 推拉加载的回滞曲线并不重
Bearing radius, R/mm 15.5
Bearing length, L/mm 31 合，其包裹的面积即为阻尼损耗，从图5中可以看出，多叶
Top foil thickness, t t /μm 100
型空气箔片轴承推拉加载的力与位移是非线性关系.
Bump foil thickness, t b /μm 130
2.2 静态刚度分析
Top foil length, t l /mm 25
[26]
Bump foil length, b l /mm 25 根据Andrés和Kim 的研究，力和位移满足三次
3
Number of single bump foil waves, N b
多项式关系：
Single bearing quality, M b /kg 0.12
3 2
F = K 3 x + K 2 x + K 1 x+ K 0 (1)
、
、
Labview信号采集界面，实时监测力和位移的大小. 式中， K 0 K 1 K 2 和 K 3 表示拟合方程系数， 表示推拉
F
试验前，需要对电涡流传感器和静态力传感器进 加载力， x表示沿推拉加载方向的位移. 三次多项式的
行标定，电涡流传感器的量程为1 mm，对应的上位机 拟合结果列于表2中， R 为拟合曲线的相关度.
2
采集信号为0~10 V，精度<1 μm. 静态力传感器的量程 空气箔片轴承的刚度为力对位移求导的二次多
为±200 N，对应的上位机采集信号为±10 V，精度<0.5%， 项式曲线，由此可以得到轴承的静态刚度表达式：
如图4所示，标定结果线性度较好. ∂F
2
K s = = 3K 3 x +2K 2 x+ K 1 (2)
试验时，通过电机的前进和后退对多叶型空气箔 ∂x
片轴承进行推拉加载，每次前进和后退的最大力不超 多叶型空气箔片轴承的静态刚度如图6所示，静
过200 N，连续进行3次推拉试验，测量并采集试验过程 态刚度随位移的增大而增大，并呈非线性分布. 因为

(a) Linear motor Truss (b) Host

computer
Capture
card Signal conversion
module
Test rig

Test bearings
Static force sensor
Test shaft
Eddy current
Support displacement sensor

Fig. 3 Static test bench: (a) three-dimensional model of the test bench; (b) overall physical picture of the static experiment
图 3 静态试验台：(a)试验台三维模型；(b)静态试验整体实物图

10 (a) Forward 10 (b) Load
Backward Unload
8 8
Voltage/V 6 4 Voltage/V 6 4

2 2

0 0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Displacement/mm Loading force/N
Fig. 4 Sensor calibration results: (a) eddy current sensor calibration; (b) static force sensor calibration
图 4 传感器标定结果；(a)电涡流传感器标定；(b)静态力传感器标定