弹性环式挤压油膜阻尼器减振机理初探

弹性环挤压油膜阻尼器是一种新型的旋转机械支点阻尼器，其良好的减振特性，能够有效地对转子一支承系统振动进行控制。本文通过对ERSFD动力特性的理论和试验研究，初步从三个方面获得了减振机理：油膜阻尼吸收部分振动能量；弹性环凸台接触状态能控制支点刚度，从而调整临界转速，减小振动峰值；弹性环通过变形储存部分振动能量并缓慢释放。     

车用双向筒式液压减振器阻尼孔阻尼特性分析

减振器是汽车悬架系统的重要组件,其减振效果主要受减振器阻尼孔阻尼特性的影响。基于Fluent建立减振器阻尼孔阻尼特性有限元分析模型,采用正交试验设计、方差分析和单因素分析法,探索阻尼孔几何特征参数、油液黏度及活塞运动速度对减振器阻尼孔阻尼力的影响规律。研究结果表明:1)阻尼孔直径与活塞运动速度对阻尼力有显著影响,阻尼孔长度与油液黏度的影响相对不显著;2)在给定参数条件下,阻尼力随阻尼孔直径增加而减小,随活塞运动速度增加而增加。阻尼孔直径越小,活塞运动速度越快,两者对阻尼力的影响越显著,减振器振幅衰减速度越快;3)阻尼力除受油液流经阻尼孔时流层间的内摩擦力影响外,还受流动状态影响,雷诺数超过一定值时阻尼力会增加;4)阻尼力随活塞运动速度变化的调整范围随阻尼孔直径的增加而收窄,且调整范围的降幅趋于平缓;阻尼力随阻尼孔直径变化的调整范围及其增幅均随活塞运动速度的增加而增加。     

微型燃气轮机浮环轴承动力学参数影响因素研究

浮环轴承在高速运转时内层油膜承载力大于外层油膜承载力,在分析浮环轴承稳态内外层油膜压力时,只分析外层油膜压力即可表现出浮环轴承的承载能力.利用转子动力学分析软件DyRoBes与有限差分方法分别对相对重载微型燃气轮机浮环轴承外层油膜压力Reynolds方程进行数值计算,分析并比较其运算结果.由于浮环轴承自身结构的特点,使得浮环轴承内外层油膜刚度和阻尼的相互关系等效于弹簧和阻尼的串联,由此可以算出不同转速下的浮环轴承油膜总刚度和总阻尼及偏心比、轴颈的静平衡位置等影响浮环轴承油膜特性及动力学行为的重要参数,最后利用Routh-Hurwitz判别法分析了对应转速下的油膜稳定性.     

结构参数对浮环轴承动态特性的影响研究

为了分析结构参数对浮环轴承动态特性的影响,以摩擦学和流体润滑理论为基础,采用浮环转速比为切入点推导出偏心率与结构参数的变化关系,并以此为基础应用有限元法对其进行分析,得出浮环轴承的动态特性系数随结构参数的变化规律.研究结果表明:总交叉刚度的绝对值和总主阻尼随浮环内外半径比或间隙比的增加而减小;总主刚度的绝对值和总交叉阻尼随浮环内外半径比的增大而减小,随间隙比的增加而增加.研究结果为浮环轴承设计提供了参考依据.     

热效应对径向浮环轴承最小油膜厚度及稳定性影响研究

以径向浮环动静压轴承为研究对象,采用有限元法和有限差分法联立求解Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,得到内外层油膜的压力分布、温度分布和黏度分布,对油膜压力积分得到轴承的刚度系数和阻尼系数。针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,结合能量方程和Routh-Hurwitz准则推导出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统的热失稳判据,分析了油膜热效应对内外膜最小油膜厚度与失稳转速的影响。结果表明:内外膜油腔呈现多个的温度峰值,两端面温度高于油腔中央温度;内外膜最小油膜厚度和系统失稳转速随着进油温度的升高而减小;高速工况下,油膜温升是导致浮环轴承发生油膜破裂和失稳现象的重要因素,计算时需计入油膜热效应对轴承性能的影响。     

斯特林制冷机排出器气动力特性研究

基于排出器动力特性的矢量分析,针对1台2 W@80 K双驱动分置式斯特林制冷机,开展实验,研究压力波动、运动阻尼和固有频率随制冷温度的变化,分析了其对制冷机性能的影响.结果表明:制冷温度降低时,压差和压力-位移相位角均呈减小趋势,膨胀腔功减小;排出器运动阻尼随制冷温度的降低而增大,导致蓄冷器压降增大,冷腔内平均压力降低,气动力减小,气动力与排出器位移夹角减小,排出器行程减小,膨胀腔理论制冷量减小;低温下膨胀机内气体弹性刚度增大,其固有频率增大,向运行频率接近,伴随电机驱动力下降;压缩活塞通过其运动产生的气流压力波对排出器的运动产生影响,排出器则通过其运动产生气流的质量分配和动量分配影响气体弹簧刚度和气流阻尼来反作用于压缩活塞.     

径向动静压浮环轴承-转子系统稳定性分析

以径向动静压浮环轴承-转子系统为研究对象,计入浮环质量和转子刚度建立了统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则推导了单质量弹性对称系统的稳定性判据。用有限差分计算了某高速径向动静压浮环轴承的刚度系数和阻尼系数,在此基础上得到了不同浮环质量和转子刚度下动静压浮环轴承-转子系统的稳定性曲线。计算结果表明,浮环质量对系统稳定性影响不大,而随着转子刚度减小,系统失稳转速迅速降低。该文在高速浮环轴承-弹性转子稳定性整体建模和分析方面有较大的参考意义。     

浮环轴承系统中浮动环涡动运动研究

研究了浮环轴承中内、外层不平衡油膜力作用下浮动环的运动情况。从广义不可压Reynolds方程出发,推导了浮环轴承内外层油膜的瞬态控制方程,结合Hirs整体流动理论和Moody壁面摩擦系数方程,获取浮动环的运动方程,通过算例,较为深入地研究了浮环轴承系统中浮动环的涡动特性：浮动环质心稳定状况下运动轨迹呈椭圆形分布,且幅值随轴颈偏心率增大而增略呈减小趋势。     

包含转速的航空发动机转子与轴承孔径向非接触动刚度及试验验证

采取航空发动机转子与轴承孔之间的计算流体动力学方法,考虑转子转速,推导出任意位置油膜厚度的精准解。建立转子与轴承孔之间的实际接触面积、径向载荷与径向非接触动刚度的理论解。研究结果表明:随着径向载荷的增加,转子与轴承孔两粗糙曲面之间的基准距离非线性减小;增大径向载荷、轴承宽度、润滑油运动黏度,减小转子转速、表面粗糙度,可以有效提高转子与轴承孔之间的径向非接触动刚度;转子的基本额定寿命随着转子转速、径向载荷的变大而缩短;随着转子转速的增加,转子与轴承孔之间的油膜厚度变厚;增加径向载荷或降低转子转速皆将减小转子与轴承孔之间的动摩擦因数;随着偏心率或宽径比的增加,转子的承载量系数都增强。航空发动机转子与轴承孔径向非接触动刚度模型的构建,有益于分析旋转非接触曲面间的真实状态。     

整体式弹性环挤压油膜阻尼器结构设计与转子过临界实验研究

航空发动机等高速柔性转子,工作转速过临界。由于存在不可避免的不平衡质量,转子过临界时会发生剧烈共振。通过使用弹性支撑降低转子系统的临界转速,使用挤压油膜阻尼器(SFD)增加支撑阻尼,可以降低转子过临界振动和外传力。将弹性支撑和阻尼器合二为一,开发设计了新型整体式弹性环挤压油膜阻尼器(IERSFD),构建力学模型并分析了减振原理,在实验室搭建了单盘Jeffcott转子,在IERSFD腔室填充不同黏度阻尼液的条件的下,进行了转子过临界实验,结果表明IERSFD可以有效降低转子过临界振动。     

配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响

为了研究配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响,搭建了带弹性环式挤压油膜阻尼器的转子实验系统,设计了两套弹性环组件。通过改变弹性环凸台的配合关系及转子的不平衡质量,实验研究了弹性环式挤压油膜阻尼器的减振特性。实验结果表明:弹性环的内凸台为过盈配合时可能导致阻尼器减振失效,为间隙配合时减振效果更好;外凸台配合关系的变化不会导致阻尼器减振失效;凸台为间隙配合时,弹性环的减振效果及转子的响应与不平衡质量的关系线性度更高。提出了设计与应用弹性环式挤压油膜阻尼器时,应保证内凸台为间隙配合的设计建议。     

双吸式液环泵内流场及壳体压力脉动分析

为分析大流量液环泵内流场与外特性,文章对双吸式液环泵内部流动进行数值模拟,对轴向不同位置的内流场和壳体压力脉动特性进行研究。结果表明：轮毂直径的变化主要影响气相的分布,过渡区气相面积随着轮毂直径的减小逐渐增加。叶轮流道内速度流线曲率变化剧烈,吸排气口附近流速较高,二次流旋涡主要集中在压缩区和过渡区,在轴向上中间截面过渡区内旋涡更加明显。壳体内壁压力脉动幅值在圆周角50°和300°附近出现极大值,压力脉动幅值极差随着轮毂直径的减小而降低,各特征截面压力脉动幅值极差分别为4.9 kPa、4.8 kPa、4.7 kPa。轴向不同位置相同角度处压力系数的主频特征基本相同,压缩区壳体内壁压力脉动一阶主频为轴频,其他区域的主频为叶频。从吸气区至排气区,叶频对应的压力脉动幅值逐渐减小,在压缩区达到最小值后呈增加趋势。     

弹簧支撑多叶油润滑箔片轴承动态特性研究

以提高油润滑箔片轴承承载力为目的,提出了一种新型带有弹簧弹性支撑结构的多叶箔片轴承;基于卡式定理建立了弹簧支撑箔片结构弹性变形模型,给出了弹性支撑结构与悬臂弯曲梁的整体柔度矩阵;通过有限差分法求解了稳态不可压润滑雷诺方程,获得了给定转速、给定载荷下轴承的静平衡位置;基于扰动法获得了该轴承的动态雷诺方程,并通过数值仿真研究该新型箔片轴承的动力学特性,分析了弹簧支撑结构箔片轴承刚度和阻尼随Sommerfeld系数、载荷的变化规律。搭建了油润滑多叶箔片轴承动态特性的试验台,并开展了相应的实验验证研究。结果表明,随着载荷的增加,主刚度、主阻尼均减小;实验测得的动力特性系数普遍比理论计算值大,趋势相近。     

转速数对滑动轴承动力学系数影响研究

本文建立了滑动轴承的基于短轴承非线性油膜力模型,通过转速对轴承动力学特性的影响研究,得到了偏心率、最小油膜厚度、最大油膜压力、摩擦功耗、温升、临界轴颈质量、刚度系数、阻尼系数、二维和三维油膜压力的影响因素研究;在对三维油膜压力分析时发现存转速存在在一个临界值,当转速低于这个临界值时,转速对最大油膜压力影响较大,当转速高于这个临界值时,转速对最大油膜压力影响不大。     

空气弹簧弹性特性理论分析与试验研究

刚度特性、频率特性直接影响空气弹簧的隔振性能.利用工程热力学理论推导空气弹簧刚度及频率的数学表达式,并进一步利用试验研究空气弹簧静、动态特性,研究结果表明:空气弹簧弹性特性为一族非线性曲线,充气压力越大,承载能力越强;空气弹簧的刚度随充气压力增大而增大,而频率基本保持不变;在激励频率为0.5-6.0Hz范围内,空气弹簧的动刚度随着激励频率的增加呈先缓慢减小然后迅速减少的趋势;动刚度基本不随激励振幅发生变化.     

空心钨球侵彻性能的研究

利用LS-DYNA软件对现有93W球型破片侵彻装甲钢试验结果进行符合计算,对93W合金材料参数进行标定,基于上述数值模拟与试验结果的一致性,进一步研究了93W空心钨球对装甲钢的毁伤效能。研究发现:空心钨球的弹道极限随靶板厚度的增加而增加,且弹道极限随空心钨球孔腔直径的增加呈近似指数型增加,对靶板的开孔直径也逐渐增加;动能一定的条件下,空心钨球余速、剩余动能随孔腔半径的增加呈现先增加后减小的趋势。结果表明:合理选择孔腔直径的空心钨球,可实现余速与开孔兼顾的威力要求。     

贴塑导轨结合面法向动态特性参数的识别及分析

贴塑导轨由于其良好的力学性能越来越广泛地应用于各类数控机床中,作为机床重要的支承和导向结构,其动态特性对机床的加工精度有重要影响。通过模态试验识别出贴塑导轨结合面的动态特性参数,并分析了滑动速度、载荷、贴塑厚度等因素对结合面动态特性的影响规律,为机床数字化设计提供了参考。试验结果表明：滑动速度的增加会降低贴塑结合面的动刚度;适当增加面压、添加润滑油可提高结合面的动刚度;导轨贴塑使结合面的动态特性变化比较稳定,其动刚度随贴塑厚度的增加而减小,阻尼则随贴塑厚度的增大而增大,实际应用中,贴塑厚度以1.2到1.5mm为宜。     

弹性支撑旋转Timoshenko梁动力学特性

为研究弹性支撑旋转梁动力学特性随转速及弹性支撑参数变化规律,考虑剪切效应、转动惯量和陀螺效应,采用Hamilton原理推导旋转Timoshenko梁动力学方程,应用Chebyshev谱方法获得系统涡动频率与模态振型数值解。结果表明,在高速转动状态下陀螺效应、支撑结构刚度对Timoshenko梁动力学特性有显著影响;各阶固有频率随着转速增加而分成正向涡动频率与反向涡动频率,高阶频率变化幅度更大;涡动频率随支撑结构直线刚度增加而呈阶梯状变化,当直线刚度增加到一定值后系统涡动频率将保持稳定;随着支撑结构转动刚度增加,涡动频率出现一个最小值与最大值,前者低于自由边界条件下频率值,后者高于固定边界条件下频率值。相关结果可用于各类旋转梁机构的设计与优化。     

内压作用下环壳变形的实验测试分析

对内压作用下的开口环壳和闭口环壳分别进行了应变力和变形测试 ,结果表明 ,Ω型开口环壳内拱开口附近的外表面是环壳最容易失效的地方。塑胶闭口环壳环向载面变形中弧段长度变化最大的是中性线与内拱之间特别是靠近中性线的一段 ;外拱区的经向弧段长度先随内压的增加而缩短 ,然后再随内压的增加而伸长 ,但是内拱区的经向弧段长度一直随内压的增加而缩短 ,说明外拱区经向拉应力较内拱区的要大。环壳弯曲半径随内压的增大而增大 ,但其弯曲系数 (λ)随内压的增大而减小 ,降低了环壳的柔性。     

非稳态油膜力对转子系统盘轴松动故障的影响研究

当盘轴松动时,油膜涡动会对转轴的运动轨迹造成影响,从而影响转盘和转轴的碰摩,转盘和转轴的碰摩又会对油膜涡动造成很大扰动,非稳态油膜力对转子系统盘轴松动故障的影响具有重要研究价值。利用Hertz接触理论和非稳态非线性油膜力建立了盘轴松动故障转子-轴承系统的运动微分方程,利用四阶龙格-库塔法对其进行数值仿真,并经过实验验证。讨论了非稳态油膜力对转盘转动状态的影响及油膜间隙对转子系统振动特性的影响。研究结果表明:转盘无量纲转速有高低两种状态,不考虑油膜力的转子系统转盘转速进入高转速状态时,转轴转速低于考虑油膜力的转子系统;随油膜间隙增大,轴承端的运动轨迹经历类似周期运动状态、混乱状态、类似周期运动状态,运动轨迹的形状变得越来越细长,转轴中心的运动轨迹像一个不断旋转的扇形,无明显变化规律,系统的频率成分基本无变化,但各频率成分的幅值会有不同的变化。研究成果对盘轴松动故障的建模及动力学特性研究具有重要的参考价值。