轴承供气压力对静压气体轴承-转子系统的临界转速影响的研究

对静压气体轴承的流场模型建立、刚度计算作了分析与探讨。采用计算流体动力学(CFD)软件对气体轴承的流场进行仿真,根据仿真结果,建立基于支持向量机(SVM)的气体轴承性能模型,根据该模型计算气体轴承的刚度。在此基础上建立气体轴承-转子的有限元模型,利用有限元软件ANSYS对转子系统进行了模态分析。在考虑轴承刚度随供气压力和转速的变化下,计算转子系统的临界转速。结果表明该转子系统一、二阶临界转速对供气压力变化较为敏感,三阶临界转速不受此影响。该结果对静压气体轴承-转子系统中通过调整供气压力,避免在工作频率范围发生共振现象的产生有实际意义。     

高速涡轮发电机转子振动特性试验

运用高速涡轮发电机试验台,通过试验研究转子升速过程中典型振动行为及轴承供气压力对转子振动特性的影响。采用时间-转速-幅值三维谱图、频谱图、轴心轨迹以及分岔图等非线性振动测试分析手段,呈现转子升速过程中临界转速、低频振动、转速飞升等典型动力学行为特征,并分析轴承供气压力对转子典型振动行为的影响规律,结果表明:轴承供气压力抑制转子低频涡动,消除转子转速飞升现象,提高转子运行稳定性与安全性。     

搭接-叠片式箔片气体动压轴承转子动力学特性实验研究

本文研制了由搭接式径向轴承和叠片式推力轴承组成的一套搭接-叠片式箔片气体动压轴承,同时设计并搭建了相应的箔片气体动压轴承转子实验台,通过多组转子降速对比实验研究了所提出箔片气体动压轴承的起飞特性,分析了转子不平衡量和外部载荷对该轴承-转子系统的转子动力学影响。起飞实验结果表明,本文所研制的搭接式径向箔片气体动压轴承的起飞转速约为7500 r/min,最大起飞转矩约为220 N·mm。转子降速实验研究结果表明,随着转子不平衡量的增加,转子系统1X频振动幅值逐渐增大、二阶临界转速逐渐降低、次频振动发生频率逐渐提前;随着转子转速的增加,转子系统1X频振动呈现先增大后减小的趋势、次频振动幅值整体逐渐增大;在减小顶箔结构的圆心距后,转子系统稳定性增加。不平衡量与外部载荷加载耦合实验结果表明,不平衡量与外部载荷都会激起系统的次频振动,次频振动幅值随转速升高而增大;并且在激起次频振动方面,不平衡量与外部载荷之间存在着相互放大作用。     

加速度对涡轮增压器球轴承-转子系统动力学特性的影响

车用涡轮增压器转子系统具有高速、轻载荷、大柔性、小尺寸、多激励、变工况特点,球轴承涡轮增压器轴承-转子系统转速会在较大范围内频繁变动。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,建立考虑了密封结构和气流激振的球轴承涡轮增压器转子动力学模型,分析了不同加(减)速度下的球轴承涡轮增压器转子瞬态响应规律,并与该转子系统临界转速、稳态响应及临界转速实验结果进行对比分析,结果表明:球轴承涡轮增压器一阶临界转速随加(减)速度增大而减小,二阶临界转速随加(减)速度增大而增大;加(减)速下的球轴承涡轮增压器转子振幅在临界转速附近随加(减)速度增大而增大,非临界转速范围内变化不大。     

变阻尼“O”型圈支承柔性转子动力学试验研究

建立由动静压混合气体轴承支承的10 kg单跨柔性转子试验平台以开展不同阻尼"O"型圈支承下气体轴承-转子系统动力学特性试验研究。基于该试验台,进行了相同气体轴承供气压力下,丁腈,氟胶,硅胶三种不同阻尼材料"O"型圈支承轴系的动力学特性试验。试验中轴系经过平动临界、锥动临界、一阶弯曲临界三阶临界转速,在前两阶临界处轴系振动幅值基本相同,在一阶弯曲临界转速处振幅增加,升速率降低。转速大于一阶弯曲临界转速时,丁腈、氟胶"O"型圈支承轴系出现低频振荡,振动幅值增加现象。试验表明:提高"O"型圈支承阻尼,如采用丁腈"O"型圈,可以提高一阶弯曲临界转速轴系稳定性,但会造成度过一阶弯曲临界转速后低频振荡出现转速提前,低频幅值增加,加大转子失稳风险。     

燃料电池车用超高速空压机临界转速分析与提高措施

针对空压机进气增压可提高大功率燃料电池发动机性能和功率密度,但空压机超高速电机转子-轴承系统存在共振失稳乃至断轴的实际工程问题.本文采用有限元法建立空压机高速电机轴承-转子系统动力学模型,基于ANSYS软件对某超高速永磁电机转子进行动力学仿真,分析某燃料电池空压机高速电机转子-轴承系统的临界转速,揭示轴承刚度、轴承位置以及转轴质量等因素对临界转速的影响规律,并提出改善措施.结果显示,增大轴承刚度、适当减小轴承跨距以及减轻转轴的质量可以有效地增加转子轴承系统的临界转速.     

双转子-中介轴承系统非线性振动特性

针对航空发动机双转子-中介轴承系统建立了简化动力学模型,考虑了中介轴承分数指数非线性、径向游隙和参数激励等非线性因素,以及高低转子系统的双频不平衡激励。采用数值积分方法求解获得系统的非线性振动响应,发现高低压转子分别通过系统一阶临界转速时引起的主共振附近转速区域内均存在振动突跳和双稳态现象,并分析了偏心距、转速比、中介轴承刚度、滚子数目及径向游隙对系统振动突跳与双稳态特性的影响。结果表明:减小转子偏心距能有效降低相应的共振峰峰值并抑制振动突跳行为,但双稳态区间会变宽;提高高低压转子的转速比将引起两个共振峰间距变大,但共振峰对应的转速之比约等于转速比;在一定范围内增大中介轴承刚度、增加滚子数目或减小径向游隙均可使双稳态区间变窄。研究成果有助于认识中介轴承的本质非线性特性对双转子系统非线性振动特性的影响,为提高航空发动机转子系统的运行稳定性提供了一定的理论指导。     

考虑支点变形和摩擦的可倾瓦轴承动力学特性研究

针对球形支点可倾瓦轴承(tilting-pad journal bearing, TPJB)瓦块与支点滑动接触问题,采用紊流雷诺方程、赫兹接触理论和库伦摩擦定律建立了考虑支点弹性力和摩擦力矩的可倾瓦轴承系统非线性动力学模型和分析方法,研究了支点变形和摩擦对水润滑可倾瓦轴承轴心轨迹、瓦块振动响应和最小液膜厚度等动力学特性的影响,揭示了支点半径比和支点摩擦因数对轴承性能的影响规律。结果表明：支点变形可使系统振幅和最小膜厚皆增大;支点摩擦可使系统振幅减小,对最小膜厚影响较小且与动载大小有关;增大支点半径比和支点摩擦因数有利于降低系统振幅;当支点半径比为0.96～0.97、支点摩擦因数为0～0.15时,轴承有较高的承载能力。研究结果对球形支点可倾瓦轴承精确建模和优化设计有参考价值。     

考虑支点变形和摩擦的可倾瓦轴承动力学特性研究EI北大核心CSCD

针对球形支点可倾瓦轴承(tilting-pad journal bearing,TPJB)瓦块与支点滑动接触问题,采用紊流雷诺方程、赫兹接触理论和库伦摩擦定律建立了考虑支点弹性力和摩擦力矩的可倾瓦轴承系统非线性动力学模型和分析方法,研究了支点变形和摩擦对水润滑可倾瓦轴承轴心轨迹、瓦块振动响应和最小液膜厚度等动力学特性的影响,揭示了支点半径比和支点摩擦因数对轴承性能的影响规律。结果表明:支点变形可使系统振幅和最小膜厚皆增大;支点摩擦可使系统振幅减小,对最小膜厚影响较小且与动载大小有关;增大支点半径比和支点摩擦因数有利于降低系统振幅;当支点半径比为0.96~0.97、支点摩擦因数为0~0.15时,轴承有较高的承载能力。研究结果对球形支点可倾瓦轴承精确建模和优化设计有参考价值。     

高速气体轴承—转子系统转速飞升故障的试验

为了分析研究气体轴承—转子系统的转速飞升故障,在基于气体静压径向—止推联合轴承支承的高速透平发电机试验台上开展试验研究。采用时间三维谱图、轴心轨迹、频谱分析及分岔图等非线性振动测试及分析方法,给出转速飞升故障的特征及其发生条件,并研究轴承供气压力及驱动气流量特性对转速飞升的影响。试验结果表明,在一定范围内,提高轴承供气压力能够推迟转速飞升,在转速飞升过程中,减小驱动气输入流量能够提前终止转速飞升,提高轴承—转子系统稳定性。     

超高转速氦气压缩机转子的模态分析

以100 000 r/min超高转速氦气压缩机转子为研究对象,描述了基于ANSYS对转子进行了模态分析的步骤和结果,得到转子的各阶弯曲临界转速和振型图。采用多点激振单点拾振的测试方法对转子模态进行实验验证对比,模态分析与实验结果相对误差为1.95%,ANSYS模态分析计算基本准确,可以有效地指导转子特征尺度的设计。实验测试表明,最高工作转速相对于临界转速的安全裕度为18%,转子处于相对安全的工作范围,可有效避免弯曲共振的发生。并进一步分析了轴承支承刚度和工作轮端轴伸长度对临界转速的影响。在一定范围内,适当增大轴承的支承刚度,可较大程度提高转子临界转速;适当减小轴伸长度,可略微增加转子临界转速。     

气浮轴承-转子系统振动特性实验研究

针对高速气体润滑轴承-转子系统存在低频振动现象,考虑气膜压力与弹性支承对轴系振动特性的影响,开展低频振动特性实验研究.采用了轴系模态分析方法,得到不同轴承供气压力下的转子的模态固有频率,采用非线性测试及分析方法,研究了低频振动及其抑制后的轴心轨迹、频率耦合三维谱图、频谱图和分岔图等非线性特征,结果表明:基础下加硅胶垫后,能够降低转子通过临界转速的幅值,推迟低频振荡的发生.     

不同润滑介质下气体静压轴承气锤自激振动研究EI北大核心CSCD

为研究不同润滑介质对气体静压轴承气锤自激振动的影响,耦合时变的气膜流场控制方程、流量平衡方程和转子受力方程建立了轴承系统的单自由度气锤振动模型。利用有限差分法数值求解模型,得出气膜振动速度瞬态响应曲线用来判定轴承稳定性,并通过试验验证了模型的可靠性和程序的有效性。计算结果表明:使用氙气可以有效降低气锤自激振动的发生;对于氙气和空气的混合气体,随着氙气体积比的增大,气膜振动速度曲线衰减趋势加强轴承稳定性提高,轴承支撑力增大,且供气压力越高支撑力增大幅度越大;当氙气体积比从0增大到0.6时,轴承支撑力快速增大,临界供气压力也持续提高,当氙气体积比超过0.6后,轴承支撑力和临界供气压力增长缓慢,结合成本考虑,氙气体积比为0.6可作为最佳体积比。该研究为气体静压轴承气锤自激振动的抑制提供了新思路。     

可倾瓦滑动轴承系统线性稳定性分析

提出可倾瓦轴承系统解析模型并对其进行线性稳定性分析。采用Newton-Raphson和pad assembly这两种方法,可获得系统完整的动力特性系数。基于这些动力特性系数,建立系统的运动微分方程并进行复特征值分析,易求得用来检验系统稳定性的轴瓦临界质量和系统阻尼比。结果表明:预负荷、转速及支点位置均对可倾瓦轴承系统的稳定性有着较大的影响,合理选取这些参数有助于提高系统的稳定临界值。     

呼吸性裂纹转子的瞬态振动特性分析

旋转机械转子轴萌生裂纹后,瞬态加速过程中转涡差角时变使裂纹周期性开合,系统发生不同于稳态情况的振动。本文基于中性轴法确定裂纹开合,数值计算了呼吸裂纹引起刚度时变的转子过临界转速的瞬态振动,分析了裂纹大小、方向角和重力对线性加速转子瞬态振动的影响,以及定功率加速瞬态过程中系统振动响应及稳定性。结果发现,瞬态条件下带呼吸裂纹转子系统亚谐波共振并不明显;裂纹越大,过临界转速时瞬态振幅越大;在临界转速附近裂纹瞬时张开会激起很大的振动;定功率加速过程下,若功率不足够提供转子顺利穿过临界转速,则会出现外界扭矩与瞬态振动的能量耦合,大裂纹还可能造成瞬态振动发展成混沌。     

轴瓦惯性对核主泵水润滑轴承动特性的影响

可倾瓦轴承由于其固有稳定性获得广泛运用，而得出该结论有赖于忽略轴瓦惯性。以屏蔽式核主泵轴承为例，由于其采用水作为润滑介质，密度和黏度较低，所提供的刚度、阻尼较小，加之所受激励频率成分复杂，在轴瓦运动中惯性作用因素具主导性。因而对无惯性轴瓦轴承的稳定性讨论结论对其不适用，有必要进一步讨论轴瓦惯性的影响。以某型核主泵径向四瓦可倾瓦轴承为例，给出一种考虑轴瓦惯性的轴承动特性计算方法，计算不同轴颈涡动频率下该泵的动特性系数，并分析轴承稳定性。结果表明，考虑轴瓦惯性条件下，瓦间承载时四瓦可倾瓦轴承产生显著的负交叉刚度和负交叉阻尼；对稳定性的分析表明，该交叉刚度对总体稳定性影响较小，交叉阻尼则会削弱整体稳定性。     

裂纹转子弯扭耦合瞬态振动影响因素研究

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，推导了裂纹转子的弯扭耦合振动非线性微分方程，通过数值仿真手段，分析了升速过程中弯振和扭振的瞬态特性，并详细探讨了加速度、裂纹减小刚度、裂纹夹角、质量偏心以及阻尼系数等因素对弯扭耦合振动瞬态特性的影响。研究表明，升速过程中，随着加速度增大，弯振和扭振各共振峰值减小，而对应转速增加。各共振峰值均随着△kq的增加而增大，当△kq超过某值后，峰值急剧增加。β在0～2π范围内变化时，各共振峰值呈现不同周期的正余弦变化。质量偏心主要影响临界峰值，对其它各峰值影响很小。各峰值均随阻尼系数的增加而降低，阻尼系数较小时，峰值减小率更大。     

匀速旋转刚环⁃内接柔性梁系统的共振分析

研究了旋转刚环?内接柔性梁系统的动力学建模与振动特性。基于浮动坐标系方法,考虑柔性梁由于弯曲变形产生的轴向缩短量,利用有限元法对柔性梁位移场进行插值,推导出柔性梁的动能、应变能和重力做功的表达式,运用第二类拉格朗日原理,建立旋转刚环?内接柔性梁系统的动力学模型。基于该模型分析系统的临界失稳转速,其仿真结果与现有数据以及商业软件 ANSYS 数值结果相吻合,可验证该模型的正确性。研究表明：系统存在比临界失稳转速小的共振转速,在共振转速时,重力周期性变化频率接近系统的固有频率,梁的振幅随时间的增大而增大;径长比越大,共振转速越小;系统在径长比为 1 时,无量纲共振转速区间为 2.20 至 2.36,若转速接近共振转速区间,则柔性梁的振幅时而变大,时而变小,产生拍振现象。     

水润滑轴承对空压机动态特性的影响分析

某型离心空气压缩机采用水润滑滑动轴承作为支承。通过分析水润滑轴承刚度与安装位置对转子系统临界转速的影响,可以为空压机合理调节水压和轴承安装位置提供理论依据。研究表明,临界转速对某一区间的轴承刚度变化非常敏感,随着刚度的增大,临界转速会有阶跃性的增加;改变轴承的安装位置,增加转子的跨距,可以方便润滑结构设计,但会降低系统的临界转速值。     

不平衡转子扭转振动特征的测试

采用ＤＫ－Ⅱ型扭振测量系统，进行了不同转速下不平衡转子的弯曲，扭转振动的联合测量，得到了存在不平衡的故障转子的扭振特征和变化规律，即当转动频率小于一阶扭振固有频率时，扭振幅值随转速的升高而增大；当转动频率大于一阶扭振固有频率时，扭振幅值随转速的高而减小；当通过扭振界转速时，扭振相位翻转１８０°。