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。     

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。     

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。     

考虑支点变形和摩擦的可倾瓦轴承动力学特性研究EI北大核心CSCD

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。     

汽轮机可倾瓦颤振引发低频振荡问题研究

建立流固耦合动力学仿真分析模型,对可倾轴承上出现的一种与油膜失稳很相似的低频不稳定振动问题进行研究。将可倾瓦块视为可以沿着支点上下移动以及绕着支点摆动的两自由度系统。采用有限差分法求解Reynolds方程得到油膜厚度动态变化情况下瓦块间隙内油膜压力分布,将其合力和合力矩反作用到瓦块上改变瓦块运动。仿真结果得到了试验证实。研究表明,在一定情况下瓦块颤振会引发低频不稳定振动。分析了瓦块间隙、转速等因素对瓦块颤振的影响,比较了瓦块颤振与油膜失稳之间的差别。     

固定瓦-可倾瓦微气体轴承-转子系统的非线性运动分析

针对固定瓦-可倾瓦微气体轴承,考虑气体稀薄效应,给出了具有Burgdorfer一阶滑移速度边界的Reynolds方程,运用微分变换法结合有限差分法求解方程,得到了各瓦块在单块瓦坐标系中的非线性气膜力,然后通过组装技术获得了固定瓦-可倾瓦微气体轴承的气膜力。针对固定瓦-可倾瓦微气体轴承支撑的刚性Jeffcott转子系统,运用转子中心轨迹图、Poincaré映射图和时间历程图分析了转子的不平衡响应,比较了努森数、转速等对转子系统非线性特性的影响。数值结果表明:稀薄效应对转子中心的运动轨迹有较大影响,转子系统的不平衡响应表现为周期一运动、周期三运动和周期四运动。     

微型燃气轮机浮环轴承-悬臂转子系统动力学特性分析

对浮环轴承支承的悬臂转子系统的动力学特性进行分析,建立了浮环轴承双层油膜Reynolds方程和浮环运动方程。采用4节点等参h-精细有限元网格,通过Galerkin方法求解系统Reynolds方程得到双层油膜压力。在小摄动范围内,联合悬臂转子系统的动力学方程、浮环运动方程求出浮环轴承的等效刚度和阻尼系数。应用商业有限元软件ANSYS12.1对实际微型燃气轮机用浮环轴承-悬臂转子系统进行临界转速、谐响应及不平衡响应等转子动力学仿真计算。通过与实验结果对比,验证了此物理计算模型的正确性,并证明了用此方法分析浮环轴承-悬臂转子转子动力学问题具有实际意义。     

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。     

热镀锌线沉没辊动力学建模与稳定性分析

为弄清热镀锌线锌锅内沉没辊的振动机理,须对其进行动力学建模。对锌锅内组件进行适当简化,分析沉没辊运动和受力情况,建立仅包含部分段带钢、沉没辊和轴承力学模型。在力学模型基础上,利用达朗贝尔原理建立相应的非线性动力学方程。求出系统静平衡位置,得到系统相对于静平衡位置动力学方程。利用李雅普诺夫稳定性理论对沉没辊运动稳定性进行分析,得到稳定性判据。动力学模型建立为以后研究沉没辊振动响应和振动控制奠定了基础。由运动稳定性判据可知适当的初始张力、带速和校正辊上推量有利于沉没辊稳定运行。     

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。     

计算流体润滑频变动力学特性的一种完整变量扰动偏导数法EI北大核心CSCD

高速旋转机械使用工质流体润滑轴承既能彻底避免工质被油污染,又降低密封技术难度同时简化轴系结构以提高轴系动力学性能。然而特种参数下流体有着复杂的热物性,从而带来润滑膜的湍流、真实气体可压缩流动等多种附加效应。该研究从一般形式的可压缩湍流润滑雷诺方程出发,通过建立动态映射关系给出一种不局限于特定润滑流体或热物性模型的轴承静动特性分析通用方法,即完整变量扰动的偏导数法。该方法适用于具有附加效应的轴承与密封的频变动力学特性计算,能够统一处理结构扰动和润滑膜可压缩性带来动力学系数的频率效应。结合有限增量法,验证了完整变量扰动方法的准确性,并给出该方法应用于超临界二氧化碳、油润滑高速可倾瓦轴承动力学系数求解的案例。结果表明,忽略压力和膜厚以外的扰动变量将导致动力学系数明显偏大,该算例中刚度和阻尼系数的最大偏差分别为88%和93%。     

分布式摩擦激励下轴系振动研究

针对含水润滑橡胶轴承轴系在摩擦激励与弯扭耦合作用下产生自激振动并诱发异常噪声、而常用的点支承模型无法用于分析轴承分布支承力及轴承倾斜等因素对轴系振动影响,采用分布式轴承支承模型及速度依赖型Stribeck摩擦模型,利用拉格朗日方程及模态展开法建立摩擦激励下轴系动力学模型。用数值仿真研究轴系非线性振动与系统物理参数间关系,探讨接触力、转速、轴承倾斜等因素对轴系响应特性影响。结果表明,在相同摩擦系数、接触力、转速条件下轴承倾斜会使轴系更易产生自激失稳。     

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。     

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.     

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。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

油膜支承转子碰摩动力学行为研究

针对多油叶轴承支承的转定子碰摩系统,建立了当轴承与定子几何不对中时,油膜力和碰摩力联合作用下的转子系统动力学模型,给出了该模型的数学求解方法,并针对具体的转子-轴承系统模型进行了数值仿真.仿真结果表明,转子在油膜力和碰摩力联合作用下,会发生复杂的动力学行为.仿真结果可有助于更好地掌握转子碰摩故障现象,对于转子碰摩故障的诊断具有指导意义.     

基于主动支承的推进轴系横向振动传递控制方法研究

为减小螺旋桨激励下推进轴系的横向振动传递,提出了一种基于主动支承的控制方法。该方法在艉轴承处按垂直、水平两个正交方向布置连接艉轴承与壳体的主动支承,支承内部安装电磁作动器并采用直接速度反馈,抑制螺旋桨横向激励通过艉轴承支承向壳体传递,降低螺旋桨横向脉动力诱发的壳体表面振动与声辐射。建立了桨轴系-主动支承-壳体的耦合动力学模型与壳体声辐射计算模型,通过仿真揭示了主动支承对螺旋桨激励下的壳体表面声功率具有明显的抑制效果,还给出了原理性实验验证,结果表明正交主动支承能够衰减轴端激励引起的壳体表面法向振速。     

大型机组轴瓦的测量

石油化工企业中,炼油厂催化裂化装置中的AMCO-5M型汽轮机属于大型机组的一种,转速很高。因此,汽轮机中的可倾轴承瓦块是易损部件。如果要制做这种轴承瓦块,首先应解决瓦块的测试问题。 AMCO—5M汽轮机的可倾轴瓦是由五块组成的。也就是说,五块圆弧另件组成一个同心圆。用常用的计量器具直接测量轴瓦圆弧的半径难度很大,只有采用间接测量的方法。所谓间接测量,就是通过直接测量一个或者几个有关的量,再根据一定的公式计算出被测量的量值。 1.测量方法 下面介绍用弦长弓高法在万能工具显微镜上测量轴瓦圆弧半径的方法。直角三角形OAB中:…