旋转冲压转子-动静混合气体轴承系统振动特性仿真研究

本文研究了旋转冲压压缩转子涡动时,在进气道压缩气流激力作用下的动静压混合气体轴承-柔性转子系统非线性动力学特性。首先对压缩进气道的内部流场进行分析,获得作用在转子上的非线性复杂激振力模型;同时采用有限单元法对旋转冲压发动机中动静压混合气体轴承转子系统（多自由度）进行建模,对含时间项的气体润滑雷诺方程与转子运动学方程进行耦合求解。通过动力学仿真获得了该系统在不同供气压力及不同偏心距作用下的轴心轨迹图与频谱图。研究结果表明,适当的选择供气压力与偏心距,可以降低旋转冲压压缩转子-动静混合气体轴承系统的振动幅值并提高其稳定性。     

船舶增压器静压气体轴承-转子系统动力学特性研究

针对船舶增压器实验台的静压气体轴承-转子系统,提出了一种流场与转子动力学的准动态耦合分析方法;采用CFD软件对静压气体轴承不同偏心率及转速下的静态承载力进行流场计算,依据计算结果拟合出气体轴承气膜支承力随偏心率和转速变化的非线性函数关系。采用有限元法建立了转子系统的动力学模型,对重力、不平衡力、气膜支承力作用下的转子系统动力学响应进行了耦合计算,获得了系统的临界转速和响应特性。在此基础上对船舶涡轮增压器轴承-转子系统进行了实验测试,验证了准动态耦合方法的有效性。研究结果表明,与传统采用线性气膜刚度相比,采用基于CFD计算的非线性气膜支承力能够更好的刻画气体轴承-转子系统的动力学特性。     

考虑发动机基础激励的涡轮增压器转子动力学研究

考虑发动机的基础激励和非线性油膜力,建立了涡轮增压器转子-轴承系统的动力学模型,研究了涡轮增压器转子在偏心质量作用下的非线性动力学行为.用数值计算方法对系统的动态响应进行了仿真计算,研究了转子随转速变化的分叉规律以及基础激励对转子非线性动力学行为的影响.结果表明,基础激励会通过非线性油膜力显著地影响转子的动力学行为,且基础激励会降低转子开始发生油膜涡动的转速,但基础激励对转子动力学的影响主要体现在转子转速较低的阶段.     

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。     

转子-轴承-密封系统非线性动力学特性研究

采用数值方法研究转速对转子-轴承-密封系统非线性动力学特性的影响,采用Muszynska非线性密封力模型和Capone圆轴承油膜力模型,建立超超临界汽轮发电机组高压端转子-轴承-密封系统的非线性动力模型。通过数值方法,研究转速对转子-轴承-密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子时间历程图、轴心轨迹图、Poincare图和频谱图,揭示了转速变化对转子非线性振动的影响规律。     

气流激振力作用下的旋转冲压转子动力学响应

对旋转冲压发动机转子涡动时压缩进气道的内部流场进行数值仿真,建立了作用在转子上的气流激振力非线性模型,结合旋转冲压转子-动静压混合气体轴承系统的有限元模型,并通过数值仿真获得了复杂气流激振力作用下旋转冲压转子-动静混合气体轴承系统的非线性动力学响应。研究结果表明,旋转冲压转子的偏心距对复杂气流激振力作用下转子轴承系统的振动特性具有显著的影响。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学特性研究

建立了滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学模型,模型中考虑了转子偏置量及圆盘摆振,滚动轴承模型中考虑了轴承游隙、非线性赫兹接触力及变刚度VC(Varying Compliance)振动等因素。采用数值方法对不同偏置量下,有无考虑圆盘摆振时系统动力学响应进行了计算与比较;分析了轴承游隙变化对不同偏置量的转子动力学性能的影响。结果表明:考虑圆盘摆振时偏置转子的非线性动力响应特征明显增强;相同转速下,不同偏置量的转子系统中频率成分亦不相同;转子偏置程度越大,系统临界转速对轴承游隙变化的敏感度越高。     

轴承支撑特性及其对轴系动特性的影响

对滑动轴承型式试验台转子－轴承系统进行建模仿真计算,研究滑动轴承对转子动力学特性的影响。针对同一种轴承形式,研究不同轴承参数下的轴承支撑特性,计算出相应的轴承动特性系数。通过对比分析,给出主要轴承参数对轴承动特性系数变化规律。考虑基础支撑刚度的影响,研究刚度对转子系统临界转速随基础支撑刚度的变化规律。     

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。     

旋转冲压发动机高速动静压混合气体轴承转子动力学特性试验研究

以获得高速动静压混合气体轴承转子系统所能达到的最高转速为实验目的,通过三维谱图,时间响应图,Bode图和轴心轨迹图分析了该系统的动力学特性。实验表明,动静压混合气体轴承支撑的转子（重量为15.19千克）在转速达到42000转/分出现低频涡动现象,进而为旋转冲压发动机轴承支撑系统设计提供实验依据。     

燃气轮机转子-轴承系统的油膜涡动分析

建立了小平衡双盘转子-油膜轴承系统模型来分析某型燃气轮机转子-轴承系统的整体动力学特性,根据实际燃气轮发电机组的运行参数和结构特征,选取合理的参数,采用数值方法分析了在平稳升速过程中系统涡动的扩展过程,表明涡动的发展可分为三个阶段:(1)稳定的惯性同步涡动阶段;(2)油膜涡动的积累阶段,即振动能量由惯性涡动向半速油膜涡动迁移;(3)油膜振荡锁频阶段.分析了不平衡量对系统幅频特性和涡动扩展过程的影响,揭示了油膜振荡的跳跃特性.分析结果在多个实验研究文献中得到证实,表明所建立的模型可以用来分析燃气轮机转子系统的整体动力学特性.     

火箭发动机涡轮泵转子系统的动力学设计

对新一代可重复使用火箭发动机涡轮泵转子系统动力学设计的若干问题进行了研究.以公理设计理论为指导,探索并实现了转子动力学性能计算软件的设计,运用该软件对不同类型轴承支承的涡轮泵转子系统进行了动力学设计计算.其中固有特性的设计包括对滚动轴承、滑动轴承支承的转子系统的临界转速与稳定性计算分析,动力响应设计方面重点介绍了不平衡偏心激励下的非线性动力响应分析.计算结果表明,在火箭发动机中用动静压滑动轴承取代滚动轴承是可行的.     

预紧饱和下盘式周向拉杆转子-轴承系统动力学特性分析及实验研究

盘式周向拉杆转子是由周向均布的多根拉杆将若干级轮盘预紧而成的组合单轴式转子,其设计、制造和装配都极其复杂。为验证其设计方法和考查其与整体单轴式转子差异,搭建了盘式周向拉杆转子-轴承系统实验台。考查了预紧饱和状态下转子启动、低速、超一阶临界转速等几种运行情况,分析了不同转速运行时轴承座、转子轴颈和不同轮盘处的振动信号,绘制了盘式周向拉杆转子-轴承系统的波德图、轴心轨迹图和瀑布图。计算和实验结果表明,预紧饱和状态下盘式周向拉杆转子具有与整体单轴式转子相似的动力学特性,实验中还出现了系统不对称刚度所导致的转子反向涡动。     

考虑密封结构的球轴承涡轮增压器转子动力学特性研究

【摘要】：针对某型号车用球轴承涡轮增压器,利用密封力与油膜力动力学相似原理,将增压器转子系统中的密封结构视为一种油膜轴承,应用短轴承理论计算得到其刚度和阻尼矩阵并代入模型进行仿真计算,并与临界转速实验结果和未添加密封结构模型的计算结果进行对比,得到了密封结构对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。结果表明：研究分析球轴承涡轮增压器转子动力学特性必须考虑密封结构,且可以应用短轴承理论分析密封结构动力学特性。     

Alford力和中介轴承对双转子系统动力学特性的影响EI北大核心CSCD

以航空发动机典型双转子-中介轴承系统为研究对象,综合考虑发动机工作时气流激励力的影响和双转子中介轴承特性,研究了包含气流激励Alford力和中介轴承非线性力的双转子系统的动力学特性。采用Euler-Bernoulli梁理论建立了系统的动力学模型,在模型中引入非线性中介轴承力与Alford力,利用有限单元法和Newmark-β法求解了系统的动力学响应。计算结果显示,Alford力以组合频率和连续频率的形式影响系统运动,而且极易激起中介轴承力的非线性特性。Alford力会使系统的临界转速变大。随着转速的增加,中介轴承力对转子系统的影响逐渐减小,而Alford力的影响则逐渐增加。此外,中介轴承游隙的变化与Alford力的特性深度耦合,不同的游隙下轴承力与Alford力共同引起系统的周期、拟周期和混沌等不同的运动状态。