基于3D瞬态流场计算的滑动轴承非线性油膜力分析

滑动轴承非线性油膜力的计算结果直接决定了转子-轴承系统非线性动力学分析的精度和效率。针对轴颈扰动下滑动轴承瞬态流场计算中的网格畸变问题,提出了一种适用于小间隙流场3D瞬态计算的变流域动网格技术。通过对滑动轴承润滑流场的瞬态计算,对不同扰动下的线性油膜力与瞬态油膜力进行了对比,并在考虑油膜非线性的影响下,分析了瞬态油膜力径向和切向分量的变化过程。结果表明:大扰动工况下,滑动轴承的动特性分析有必要计入油膜非线性的影响;进油口和油槽的存在会明显降低径向油膜力,导致油膜支撑刚度降低;瞬态油膜力切向分量的减小导致了滑动轴承阻尼的降低,进而引起油膜失稳。     

扰动情况下双油槽圆形轴瓦滑动轴承性能分析

采用FLUENT软件及其提供的气穴模型,计算了双油槽圆形轴瓦滑动轴承的油膜压力分布及气穴存在区域大小和位置,并同其他边界条件进行了对比;讨论了进油压力对轴承的流场和承载能力的影响;利用自行改进的动网格技术对轴颈扰动速度对流场和油膜力的影响进行了非稳态计算。计算结果表明,进油压力对油膜力的影响较大,油膜压力受轴颈扰动速度的影响很大,油膜力与轴颈扰动速度明显呈非线性关系,利用改进的动网格技术可以很好地对轴承的动特性进行分析。论文为今后大扰动条件下转子-轴承系统的非线性动特性分析打下了基础,为滑动轴承的设计提供了一种理论参考依据     

高速转子系统油膜涡动动力学特性及其影响因素

以某实际滑动轴承支撑下的转子轴承系统为对象,建立非线性油膜力作用下的转子轴承系统的动力学模型,应用非线性动力学理论对该系统进行动力学响应特性数值模拟,利用幅频特性曲线、分岔图、三维谱图等研究系统响应随偏心距、转速、润滑油粘度、半径间隙、轴承长度和轴颈半径等因素的变化对油膜涡动的影响规律。为工程实际中转子系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供参考。     

椭圆轴承—转子耦合系统动力学特性研究

为研究椭圆轴承的润滑特性及转子-轴承系统的非线性动力学特性,采用适用于椭圆轴承的变流域动网格方法实现了润滑流场的非稳态计算,通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了椭圆轴承润滑流场与转子动力学之间的弱耦合计算。从滑动轴承润滑流场内部分析了圆柱和椭圆轴承的瞬态工作过程,比较了上轴瓦的油膜压力分布及承载力的变化情况。分别就轴承结构参数、转速和不平衡量对轴承-转子系统工作特性的影响展开讨论,数值计算表明,椭圆轴承在x,y方向的支撑刚度不一样,对稳定性起主要作用为顶隙;轴颈的涡动中心不仅决定于转速,而且随动载荷的变化而变化,随着不平衡量的增加,涡动中心逐渐向坐标原点靠近,使转子-轴承系统稳定裕度降低。该方法为椭圆轴承动力特性及转子-轴承系统稳定性的研究提供了理论支持。     

非线性油膜力作用下滑动轴承涡动轨迹及稳定性分析

在考虑油膜惯性力的情况下，推导并求解了短轴承在紊流状态下轴颈运动微分方程，根据油膜力沿轴颈涡动轨迹上的作功大小，提出一种判别轴承稳定性的能量方法，最后通过计算实例，说明了油膜涡动与轴承稳定性的内在联系。     

滑动轴承—转子系统涡动轨道的瞬态分析

本文利用传递矩阵法建立多质量滑动轴承-转子系统的运动微分方程,考虑了油膜非线性的影响,并对此系统在不同转速区域的涡动轨道及其稳定性进行了瞬态分析。研究结果表明,在一定的系统参数条件下,滑动轴承-转子系统可以处于稳定的同步涡动或次同步涡动状态,而转子的不平衡度则是影响涡动轨道的频率、幅度及稳定性的重要因素。     

椭圆轴承与圆轴承动力特性CFD数值分析

滑动轴承动力特性对旋转机械转子稳定性有着重要影响。将CFD动网格技术应用于椭圆轴承与圆轴承动力特性求解。在验证滑动轴承CFD动力特性求解模型准确性的基础上,建立基于CFD动网格技术的椭圆轴承动力特性求解模型,分析椭圆度、偏心率以及转速等因素对滑动轴承动力特性影响,比较分析椭圆轴承与圆轴承动力特性之间的差异。研究表明,椭圆轴承与圆轴承的承载力与刚度阻尼系数随着偏心率、转速的增加而增大;与圆轴承相比,椭圆轴承两个油楔形成两个流体动压区有效的增大轴承的阻尼,滑动轴承增加椭圆度可提高转子稳定性。     

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。     

两种不同载荷形式下转子系统油膜失稳的数值研究

以单跨双盘转子系统为研究对象,针对滑动轴承在高转速时容易出现的油膜失稳问题,建立了考虑陀螺影响的转子系统集中质量模型,含油石墨轴承和滑动轴承分别采用弹簧-阻尼模型和短轴承非线性油膜力模型,通过三维谱图和轴心轨迹,分析了两种不同载荷工况下(两圆盘偏心同相位和反相位),转子系统的油膜失稳规律及系统复杂非线性动力学特性。研究结果表明:油膜失稳会激起复杂的转频和失稳频率的组合频率成分,偏心反相位比偏心同相位提高了失稳转速,且在较高转速时能激起系统二阶油膜振荡频率,并激发与二阶油膜振荡频率相关的组合频率成分。研究结果对转子油膜失稳故障机理及故障诊断具有重要意义。     

转子-滑动轴承系统松动-碰摩耦合故障分析

针对转子-滑动轴承系统发生松动故障进而引发松动-碰摩耦合故障的诊断问题,基于非线性有限元方法 ,应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型及Hertz接触理论建立双盘松动-碰摩耦合故障转子-滑动轴承系统的动力学模型。首先,研究并分析了滑动轴承(油膜力)支撑下的健康转子系统的动力学特性;进而,通过对不同转速下耦合故障转子系统动力学特性的研究发现,滑动轴承支撑下的松动-碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主,时域波形呈现下密上疏的波动形状,轴心轨迹表现为多个嵌套的"半椭圆形",这些故障特征可以作为诊断滑动轴承(油膜力)支撑下松动-碰摩耦合故障的一个理论依据。     

滑动轴承-转子系统Riccati-Newmark加速度传递矩阵法

为克服传递矩阵法数值不稳定及非线性瞬态响应分析中滑动轴承矩阵建立困难问题,提出Riccati-Newmark加速度传递矩阵法。借助Newmark加速度法建立传递矩阵,采用Taylor级数预估滑动轴承轴心下一时刻位移、速度建立滑动轴承矩阵;据边界条件用Riccati传递矩阵法求滑动轴承-转子系统非线性瞬态响应,提高数值稳定性。以单圆盘转子系统为例,与传统轴颈下一时刻位移、速度近似线性扰动处理的瞬态响应对比分析,验证此方法的有效性;讨论不同转速下线性、非线性油膜力的瞬态轨迹。     

Jeffcot转子-滑动轴承系统不平衡响应的非线性仿真

本文用动力仿真法考察了 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子椭圆轴承系统的不平衡响应。计入了轴承油膜力的非线性。仿真计算前,先以非定常雷诺方程和雷诺破膜条件为依据,生成了轴瓦非定常油膜力数据库。用龙格库塔法对运动方程作步进积分,同时反复对轴瓦力数据库进行插值以获得轴承力的瞬时值。考察了支撑于一对椭圆轴承上的 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子的不平衡响应。所得的动力学行为以及转子和轴颈的涡动轨迹,均与线性动力学（以轴承的线性化动特性系数为依据）所得的结果相比较。两者虽在很小的不平衡量下吻合良好,但凡当不平衡量不是很小时就有显著差别。可见有必要计入油膜力的非线性,特别是当需要计算大不平衡量下的不平衡响应时。     

可倾瓦轴承的油膜力模型及其特性分析

提出一种可倾瓦径向滑动轴承的油膜力模型以及可倾瓦瓦块的摆动方程,并使用该模型分析可倾瓦轴承的预载荷,包角,瓦块摆角等对油膜力的影响;分析可倾瓦轴承油膜力和普通轴承油膜力的区别。运用Runge-Kutta等方法将可倾瓦轴承油膜力模型应用于Jeffcott转子,分析轴承瓦块摆角的特性。分析结果表明模型的高效性和可倾瓦轴承的特性。     

通过附加轴承静载荷在线消除油膜振荡故障

提出了一种在线非接触式施加轴承静载荷的方法，以达到增加系统稳定性、在线消除油膜振荡故障的目的。首先运用达朗伯原理结合里茨法建立了非线性非稳态油膜力作用下的多自由度转子-轴承系统的运动方程，并运用变步长的Newmark数值积分方法对非线性系统的稳定性以及附加静载荷对油膜振荡的影响等问题进行了研究。计算结果表明：增加静载荷可以在线改变系统的涡动中心，增加系统的稳定性，从而在线消除油膜振荡，使原来失稳的转子系统又回到稳定的周期运动状态。然后针对这一结论，在一台较大型的高速转子试验台进行试验，通过设计和安装的一个电磁执行器来施加静载荷，并进行了多次实验研究，实验结果和理论结果基本一致。     

考虑温黏热效应的滑动轴承-转子系统动态响应分析

针对滑动轴承中润滑油温度的不稳定变化而引起的转子系统振动问题,从油膜润滑的雷诺方程出发,在Gumbel油膜边界条件假设下,推导出短轴承的非线性油膜力的计算公式。将润滑油温度变化时黏度的变化考虑在内,采用四阶Runge-Kutta法求解系统微分方程得到转子-轴承系统运动的时域图、轴心轨迹图、Poincaré图、频谱图、瀑布图和分岔图,分析滑动轴承-转子系统在润滑油温度变化下的动态响应。结果表明,使用不同润滑油时,温黏系数较大的润滑油对转子二阶临界转速附近的拟周期和混沌运动有更好的抑制作用;润滑油温度的升高有利于转子系统在低转速范围运行的稳定性,但在二阶临界转速附近,发生油膜涡动和油膜振荡所对应的转速区域会有所延长,不利于转子-轴承系统的运行。     

汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、传动误差和时变啮合刚度等非线性因素,并同时考虑滑动轴承非线性油膜力和齿轮啮合力的耦合影响,建立了汇流传动齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。从转速方面出发,研究了齿轮系统的非线性动态响应,分析了齿轮啮合力和非线性油膜力之间的耦合作用,判断了转速变化下的油膜稳定性。结果表明：随着转速变化,系统表现出周期一运动、周期二运动、拟周期运动,混沌等丰富的动力学特性,并发现了拟周期分岔通向混沌的道路;随着转速升高,非线性啮合力和非线性油膜力先后对系统振动起到主要作用;油膜振动通过半频涡动失去了稳定性。     

《转子-轴承-密封系统非线性动力学理论和试验研究》

采用理论分析和试验研究相结合的方法,研究油膜力和密封力联合作用下转子轴承密封系统的非线性动力学特性和稳定性。将转子轴承密封试验台系统等效为Jeffcott系统,采用短轴承理论建立油膜力的非线性模型,采用Muszynska模型建立非线性的密封力。通过数值仿真研究在不同转子转速下密封力对系统非线性特性和稳定性的影响。将试验结果与理论计算进行比较,两者基本一致。     

滑动轴承-转子系统油膜失稳参数影响分析

该文以单跨双盘转子系统为研究对象,针对滑动轴承在高转速时容易出现的油膜失稳问题,建立了考虑陀螺影响的转子系统集中质量模型,含油石墨轴承和滑动轴承分别采用弹簧-阻尼模型和短轴承非线性油膜力模型。在给定转速下考虑两种不同载荷工况（工况1,2分别表示两圆盘偏心同向和反向）,分析了转子的偏心距、轴承间隙、润滑油黏度、轴承长径比对系统振幅的影响。研究结果表明：工况1出现第1阶油膜失稳,工况2同时出现第1阶和第2阶油膜失稳;各参数在低转速(3200 r/min)时工况1和2系统振幅变化规律基本一致;在较高转速(5000 r/min和10000 r/min)时,系统振幅在工况2的情况下较工况1大;在高转速(13000 r/min)时,两种工况下系统振幅都存在较多突变点。     

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。     

非线性调频分量分解的转子油膜涡动信号分析研究

转子轴承系统的振动信号常呈现非线性调频特征且信号分量在频域混叠,传统的频谱分析方法难以处理该类信号。基于参数化解调的非线性调频信号分解方法来分析油膜涡动、油膜振荡特征信号能够有效分解频域混叠的非平稳信号。首先通过优化频谱集中性指标来估计信号瞬时频率参数并用估计到的参数将非线性调频信号解调为平稳信号,最后用带通滤波器提取解调信号。仿真及实验信号通过该方法分析后的结果证明,所用非线性调频分量分解的信号分解方法能够有效提取转子轴承系统的油膜涡动、油膜振荡故障特征,从信号时频图及提取分量的时域图可以清晰看到油膜涡动、油膜振荡的发生发展过程,为早期油膜涡动判定提供依据。