长周期变转速下入口油温对高速轻载涡轮增压器转子振动特性影响

高速轻载涡轮增压器转子系统的入口油温在长周期变转速运行条件下会产生动态变化,从而改变转子系统振动特性甚至导致非线性振动事故。以某型汽油机用高速轻载涡轮增压器转子为研究对象,分析浮环轴承内油膜最小厚度与偏心率随入口油温参数的变化规律,构建涡轮增压器转子-浮环轴承系统动力学有限元模型,采用Newmark积分法分析转子系统的非线性瞬态响应,结合涡轮增压器升速实验,得到不同入口油温下转子系统三维振动瀑布图与Colormap频谱图,探究入口油温对转子系统振动响应特性的影响。结果表明:随着入口油温从50℃增至130℃时,内油膜最小厚度会减少,环速比与偏心率会增加,内油膜振荡幅值逐渐降低,但出现内油膜振荡与外油膜涡动的轴颈转速点会提前约30%,且外油膜涡动幅值会逐步增加。综合内外油膜涡动与振动幅值,入口油温约为90℃时转子振动情况较好。结论可为设计具有智能抗振性能的高速轻载涡轮增压器转子系统的运行参数提供理论参考。     

车用涡轮增压器转子轴向力数值计算与分析

讨论了车用涡轮增压器转子轴向力传统理论计算方法和数值模拟计算方法,并针对小型车用汽油机涡轮增压器JP50Q建立了压气机和涡轮系统模型以及叶轮轮背间隙模型。进行了压气机端、涡轮端和叶轮轮背间隙的轴向力数值模拟计算,得到了增压器转子轴向力计算结果。通过分析不同设计工况下的计算结果,得到增压器转子轴向力随转速变化的一般规律。利用数值模拟计算结果,进行了JP50Q涡轮增压器止推轴承设计校核,为增压器止推轴承的设计和可靠性验证提供了理论计算依据。     

涡轮增压器转子涡轮级气动轴向力数值计算

应用计算流体动力学软件CFX,以某柴油发动机的涡轮增压器涡轮级为研究对象,对其进行了轴向力传统理论计算与数值模拟计算。计算出不同发动机折合转速下涡轮端轴向力的大小,并与传统计算方法进行对比,通过对窄缝间隙的流场分析,找出两者之间差异的原因。研究结果表明,随着增压器转子转速增加,涡轮端轴向力合力越来越大,且两种计算方法结果差异随之减小,由最大值146.314N减至125.4N,减小了14.3%;研究密封环间隙、叶顶间隙对轴向力的影响,发现叶顶间隙对轴向力影响比密封环间隙小0.155～2.955N,并且发现在整个计算的过程中,传统计算给予的假设近乎理想状态,并非实际情况。     

温度场作用下车用涡轮增压器转子动力学仿真与结构改进

涡轮增压器在工作时,高温废气会把大量的热量传递给涡轮叶轮,并通过转轴传递给压气机叶轮.由于压气机叶轮处于常温环境中,受到高温加热的涡轮增压器转子会产生较大的温度梯度.根据涡轮增压器转子的实际结构和工作条件,建立了考虑温度场作用的转子动力学分析模型,对不同工况下涡轮增压器转子动力学特性进行研究和实验验证,揭示了温度场对涡...     

涡轮增压器起停过程转子轴向力测试研究

涡轮增压器起动和停机过程转子所受的轴向力大小对于增压器的设计是至关重要的。以JP60C型涡轮增压器为研究对象,利用有限元方法计算增压器止推轴承的应变场,确定了转子轴向力的测量方案。并在增压器性能试验台上对增压器转子轴向力进行实验测量。实验结果表明,增压器起动和停机时,止推轴承所承受的轴向力远大于稳定工作时所承受的轴向力;且起动和停机工况下,转子所受的轴向力方向相反。试验结果将为增压器止推轴承的合理设计提供理论依据。     

考虑热效应的涡轮增压器浮环轴承动态特性研究

以流体润滑为基础,考虑热效应对油膜黏度的影响,研究涡轮增压器浮环轴承的动态特性,利用DyRoBesBeperf软件建立涡轮增压器浮环轴承的参数化模型,在环速比一定时分析浮环轴承内外油膜压力的分布,以及偏心率、油膜的刚度、阻尼随转速的变化规律。研究表明:在浮环轴承结构参数及载荷一定的情况下,随转子转速的增加,其偏心率下降,Sommerfeld数和功耗均增大,且内油膜的Sommerfeld数、功耗大于外油膜的Sommerfeld数及功耗,因此内油膜承载力大于外油膜承载力;因偏心率随转速的增大而减小,因此油膜等效刚度和等效阻尼下降。     

内螺纹织构深度对涡轮增压器浮环轴承油膜动态特性的影响

浮环轴承内螺纹织构深度会改变织构区域油膜厚度,导致浮环轴承油膜动态特性变化,从而影响涡轮增压器转子-轴承系统运行稳定性以及工作寿命。基于流体润滑理论,推导含表面织构的浮环轴承油膜控制方程,揭示内螺纹织构深度与浮环轴承油膜特性之间的关系。以某型涡轮增压器浮环轴承为例,分析内螺纹织构深度对轴承油膜最大压力、油膜承载力、刚度、阻尼等的影响。建立浮环轴承双油膜润滑分析流体动力学模型,利用CFD方法对油膜动态特性进行分析,研究织构深度从6 μm增至12 μm时的油膜特性。结果表明：在轴颈转速1×103~2.1×105 r/min范围内,随着织构深度的增加,油膜最大压力、内外油膜承载力、刚度阻尼系数呈现先增大后减小的趋势;在转速超过1×105 r/min后,织构对油膜动态特性系数提升更明显;与无织构轴承相比,织构深度为8 μm时,油膜承载力、刚度阻尼等动态特性提升最大。研究表明,在合适的织构深度下,织构可以改善油膜特性,提升轴承的运转稳定性,延长工作寿命。     

气穴对涡轮增压器浮环轴承油膜力的影响

气穴是高速油膜润滑轴承中不可避免的现象,气穴现象影响浮环轴承油膜承载力及稳定性。通过Fluent 软件中的混合物（Mixture）多相流模型,分析气穴对浮环轴承内、外油膜压力分布以及含气率和供油压力对油膜承载力的影响。结果表明：气穴导致油膜压力峰值下降,对内油膜的影响大于外油膜;气穴会导致润滑油膜承载力下降,含气率越大,其承载力越低;在含气率不变时,供油压力对承载力有一定影响;油膜气穴主要集中分布在负压区,油膜压力值越小气穴现象越明显,气穴是导致油膜破裂的主要原因之一。     

浮环弹性变形对浮环动静压轴承润滑特性的影响

浮环轴承在高速工况下运行时,浮环表面在油膜压力作用下会发生弹性变形,影响轴承润滑性能。针对带有深浅腔的浮环动静压轴承,采用有限元法和有限差分法耦合求解油膜Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,采用变形矩阵法求解弹性变形方程,计算浮环弹性变形分布;在浮环平衡的基础上,分析浮环变形对环速比、油膜承载力、端泄流量等润滑特性参数的影响。结果表明：浮环弹性变形分布与油膜压力分布呈现一致性,转速越高,偏心越大,变形越明显;考虑浮环弹性变形,浮环达到平衡状态时,内膜偏心率增加,环速比减小,轴承承载力与摩擦力矩均有所增加;由于浮环变形对内、外膜间隙及流动液阻的不同影响,使得内膜端泄流量增加,外膜端泄流量减少。     

Effects of Floating Ring Bearing Manufacturing Tolerance Clearances on the Dynamic Characteristics for Turbocharger

The inner and outer oil film dynamic characteristic coefficients of floating ring bearings(FRBs) change due to the manufacturing tolerance of the floating ring, journal and intermediate, which leads to...     

增压器浮环轴承润滑过程数值分析

以流体滑动轴承的润滑理论为基础,分析研究了内燃机增压器浮环轴承的工作机理和结构参数与性能的关系。建立了浮环轴承力平衡、力矩及摩擦功率损失的方程式,探讨了轴承内外膜承载能力与相应转速比、间隙比、偏心率等参数之间的关系。结果表明：浮动套内外半径比增大,偏心率减小,承载能力增大;间隙过大或过小,难以形成润滑油膜,影响承载能力;索氏数（Sommerfeld数）越大,则轴承的承载能力也越大。     

浮置板轨道结构类型比较及其隔振性能分析

基于双层Euler-Bernoulli梁理论,分别给出了连续现浇浮置板和轨枕板式预制浮置板轨道结构在移动荷载作用下的耦合动力学分析模型.通过Fourier变换在波数-频率域内求解频散曲线,采用围道积分法进行Fourier逆变换求得结构系统的振动响应,对两类浮置板的频散特性和隔振性能进行分析.结果表明,现浇浮置板轨道的截止频率略高于预制浮置板轨道截止频率,浮置板频散曲线的曲率与抗弯刚度成正比,预制浮置板的频散曲率基本为零.列车运行速度越高,浮置板轨道结构振动响应越大.当列车速度小于20 m/s时,速度增加对现浇浮置板响应影响并不明显,而预制浮置板振动幅值会明显增大.预制浮置板共振时结构中存在驻波,其共振幅值将大于现浇浮置板.当激励频率远离截止频率时,预制浮置板响应衰减较快,在高频激励下的响应幅值与连续现浇浮置板相差不大.     

转速对转子振动频率的影响

本文研究转速对转子振动频率的影响。首先对SOLID WORKS有限元软件进行模态分析的可靠性结果进行验证,然后计算了27种不同转速下前10阶转子振动频率,并分析其变化规律,提出使用SOLIDWORKS有限元法求解实际工程上临界转速的新方法。研究结果表明,随着转速增加,转子的振动频率将相应增加,且其增加具有非线性;随着转速的变化,转子的高阶次振动频率将发生组合和分离,其临界点发生在临界线（＂振动频率=转速对应频率＂直线）上;利用有限元法和临界线,求解实际工程临界转速的新方法比其他方法的准确性更高。     

基于不平衡振动的旋转刀具动态特性分析

根据旋转刀具不平衡振动理论分析,得出旋转刀具不平衡量和工作转速是影响振动的主要因素。利用NX Nastran有限元软件对旋转刀具进行了模态分析,计算了刀具的固有模态。通过模拟旋转刀具在不平衡振动激励下的强迫响应,在给定不平衡量情况下,得出了转速越高刀具振动的幅值越大,但由于工作转速远离刀具临界转速,振动幅值是在较小的范围内变化。有限元分析结果为该刀具的设计和改进提供了理论依据。     

考虑齿距偏差的直齿轮转子系统振动特性分析

针对工程实际中的齿轮存在齿距偏差,主要研究齿距偏差对齿轮系统振动特性的影响。考虑齿距偏差,建立了齿轮啮合刚度和传递误差模型,在此基础上,建立了通用齿轮啮合动力学模型,将该模型与转子系统有限元模型进行耦合,得到了齿轮转子系统有限元模型,分析了齿距偏差对系统振动响应的影响。研究结果表明:由于齿距偏差的存在,齿轮双齿啮合区刚度降低,无载荷传递误差增大,齿轮系统振动增大,频谱图中出现啮合频率及其高次谐波的边频带成分,这些边频带主要由主动和从动齿轮的转频及其倍频组成。减小齿距偏差和增大作用扭矩均能降低齿距偏差引起的边频带幅值。研究结果可为含齿距偏差的齿轮振动分析提供理论依据。     

船用汽轮机转子盘轴耦合振动特性研究

基于小长径比建模理论,建立了盘轴耦合转子的有限元模型,并对采用工程实际的斜切方式和轮盘单元等不同建模方法下船用汽轮机转子的振动特性进行了分析,给出了较为系统的、适用于小长径比、短粗转子等结构的建模方法对转子系统振动特性的影响规律。不同的建模方法会对转子盘轴耦合振动特性计算结果有显著影响。轮盘单元会使得转子轴承系统出现附加的振型,表现为轮盘与转轴的耦合模态振型,轮盘单元建模的计算方法能准确描述盘轴耦合转子的振动特性。研究结果表明,对于厚度较大的轮盘,轮盘对转子耦合振动的影响较小,工程常用的斜切建模会引入附加刚度,引起较大求解误差,且这种误差随着轮盘厚度的减小而逐渐降低。     

货运动车组车体-集装箱耦合振动特性研究

目前我国货运动车组正在研制中,货运列车速度的提升将对车辆振动产生重要影响,既有不考虑车-货间耦合作用的研究方式将不再能准确反映高速货运动车组的振动特性。考虑车辆与其所承载集装箱的耦合关系,建立货运动车组动力学模型,研究不同速度等级下车体和集装箱的响应特征,对比车体与集装箱体间是否采用耦合关系的情况下系统振动特征的异同点,获得车体及集装箱在两种模型处理方式下车体端部和中部集装箱、车体、构架横向加速度和摇头角加速度等的时频域特性。结果表明,研究车速200 km/h以上的货运动车组的动力学特性时需要考虑车体-集装箱之间耦合振动关系;考虑车体-集装箱耦合振动关系后,可反映集装箱的振动引起车体和构架在某些频段内振动幅值增大、振动能量增加及车体端部集装箱的横向振动大于中部集装箱等特征。