固定瓦-可倾瓦组合径向轴承—柔性转子系统非线性运动分析

摘要：本文针对流体润滑中具有Reynolds边界条件的非定常Reynolds方程,运用Castelli法求解Reynolds方程,生成了单块轴瓦坐标系下的非线性油膜力数据库。根据固定瓦-可倾瓦组合滑动轴承的结构特点,对单瓦库进行检索、插值和拼装,获得了固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的非线性油膜力。针对柔性转子-组合滑动轴承系统,运用自适应步长Runge-Kutta法和Poincaré映射计算了不同支点比下的轴颈的非线性运动轨迹。数值结果表明,转子系统表现出周期解,倍周期解和准周期解等非线性现象,支点比为0.6时的系统性能略优于支点比为0.5时的系统性能。     

磁悬浮轴承-转子系统非线性行为的控制

利用状态反馈法,对磁悬浮轴承-转子系统的振动进行控制。通过理论推导,证明了在原点附近,可近似的将受控系统分解为两个渐近稳定的子系统之和。借助数值仿真对转子受控前后的运动响应进行分析,以验证该控制方案的有效性。通过比较发现,提出的状态反馈控制方案不但能控制转子的周期运动,而且对该系统的概周期运动和混沌运动也能进行有效控制     

可倾瓦径向气体轴承在低温透平机械中的应用

可倾瓦径向动压气体轴承以其良好的稳定性和自对中能力在低湿透乎机械中获得了广泛的应用。对可倾瓦径向气体轴承的工作原理和在低湿透乎机械中的应用发展情况进行了综述。     

考虑波纹度的薄壁轴承-转子系统非线性强迫振动分析

在考虑内外圈波纹度、径向间隙和变柔度等非线性因素的基础上,建立薄壁轴承-转子系统非线性动力学微分方程组,利用RK4数值积分法对方程求解。结合分叉图、庞加莱映射图和频域图等,分析了薄壁轴承-转子系统的非线性强迫振动特性。结果表明:较大的不平衡力时系统的混沌振动范围增大;不平衡力对系统水平方向振动的影响要远大于竖直方向;随着转速的增加,强迫振动频率在系统振动响应中逐渐占据主要地位。     

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。     

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。     

基于PD控制的电磁轴承-转子系统非线性振动研究

针对比例-微分控制(proportional-derivative, PD)控制下轴向电磁轴承-转子系统,运用多尺度法详细研究了控制器比例增益、微分增益以及扰动力对系统软硬弹簧特性的影响,并根据骨架线方程推导出判别软硬弹簧特性的条件;使用四阶Runge-Kutta法探究转子非线性振动及分岔。研究结果表明：扰动力对软硬弹簧特性没有影响;无量纲比例增益K_p增大时系统会在软弹簧与硬弹簧特性之间切换,K_p>2时表现为软弹簧特性;微分增益较大时幅频特性曲线发生分裂,稳态解不再具有多值现象;随着扰动频率的增加,发生二次Hopf分岔,转子振动由周期-1变为拟周期振动,拟周期情况下振动形式为拍振,在基频f₀附近存在相近的频率f₀±f_b。     

有限宽轴承-转子系统碰摩的非线性动力学特性

利用通过变分方法得到的有限宽轴承非定常油膜力的解析公式,以有限宽轴承-刚性Je?cott转子为研究对象,在研究其运动特性时,除考虑油膜力外,还考虑碰摩,将这两种非线性因素综合起来,用数值模拟研究系统的非线性动力学行为,借助相图、分岔图、Poincare映射图及频谱图分析系统的运动形态。研究结果表明,随着系统参数的变化,在特定的参数组合下出现了复杂的非线性动力学现象,为解决实际工程系统中遇到的问题,如故障诊断等提供了一定的理论依据。     

挠性支承可倾瓦轴承动力特性研究

考虑油膜惯性与温黏效应,根据瓦块受力平衡方程,运动微分方程等,建立了挠性支承可倾瓦轴承动力学模型;提出一种挠性支承可倾瓦轴承的静平衡位置迭代计算方法,即基于PDE工具箱快速求解轴承非定常工况Reynolds方程及二维能量方程,采用Newton-Raphson迭代法可计算得到轴颈、瓦块静平衡位置。仿真结果与试验数据进行对比分析,验证了该动力学模型及仿真计算方法。     

挠性支承可倾瓦轴承完整动力学建模及分析

考虑动压润滑油膜温粘效应,首先建立轴颈-瓦块相对几何关系,导出支点反作用力与力矩的0阶与1阶泰勒展开方程,推导瓦块油膜力、力矩的平衡方程及其刚度阻尼系数,联合轴颈-瓦块运动的微分方程,建立挠性支承可倾瓦轴承完整动力学模型;通过与相关文献的试验数据进行对比分析,验证所提出的挠性支承可倾瓦轴承完整动力学模型的准确性。     

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。     

DH型压缩机齿轮-轴承-转子系统动力学分析

基于转于动力学和齿轮啮合基本原理，建立了一般齿轮稠合轴系弯扭耦合振动方程。对某DH型压缩机转于系统进行了详细地动力学分析，提出了改进该类压缩机转于系统设计的具体建议。     

柔性铰链可倾瓦轴承动静态特性研究

针对一种新型的椭圆型柔性铰链可倾瓦轴承,在柔性铰链刚度建模的基础上,通过建立轴瓦油膜厚度模型及轴颈和轴瓦的平衡模型,采用有限差分法及牛顿迭代法,研究了柔性铰链可倾瓦轴承中柔性铰链的旋转刚度对轴承的动静态性能的影响规律。研究结果表明:柔性铰链旋转刚度越小,轴承越接近普通可倾瓦轴承,稳定性越好;并得出了适于柔性铰链可倾瓦轴承应用的柔性铰链旋转刚度参考范围,为这类轴承的应用设计提供了参考。     

典型汽轮发电机可倾瓦径向轴承冲击刚度研究

采用仿真结合试验的方法开展汽轮发电机径向可倾瓦滑动轴承的冲击刚度参数研究。基于不同的轴承冲击试验工况,采用黑箱法通过数值模拟识别了轴承冲击刚度参数。研究表明,径向可倾瓦滑动轴承的冲击刚度可采用等值的非交叉刚度模拟,且轴承刚度冲动比与冲击速度之间存在线性比例关系。该方法可为同类型径向可倾瓦滑动轴承的冲击刚度模拟提供参考。     

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。     

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.     

基于几何条件的可倾瓦轴承油膜边界条件判定方法

针对可倾瓦轴承的雷诺方程,基于瓦块几何模型获得各个瓦块的边界条件,利用轴心、各瓦块中心与轴承之间的耦合关系,采用有限差分法计算分析油膜压力的分布。理论推导表明,瓦块的位置仅由瓦块预置参数、轴心的位置决定;数值结果表明,轴承的承载力随偏心率增大呈增大趋势。结合具体算例看出,当轴颈位置确定时,可确定各瓦块实际偏位角和偏心率,进而可对各瓦块方程分别进行求解。建立一种可行的边界条件确定法则,为可倾瓦轴承的建模提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。