高速動(dòng)靜壓混合氣體軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著動(dòng)力機(jī)械對(duì)功率密度要求的日益提高，需要轉(zhuǎn)子工作在更高轉(zhuǎn)速下，而限制轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行的關(guān)鍵是軸承。長(zhǎng)期以來(lái)廣泛使用的滾動(dòng)軸承由于部件間存在接觸，在高速運(yùn)行時(shí)磨損嚴(yán)重而影響壽命；液體軸承的摩擦功耗大，失穩(wěn)轉(zhuǎn)速較低，因此上述兩種軸承在高轉(zhuǎn)速下應(yīng)用受到較大限制。氣體軸承由于潤(rùn)滑介質(zhì)粘度較低，能夠有效地克服滾動(dòng)軸承和液體軸承的缺點(diǎn)，在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中獲得日益廣泛的應(yīng)用；動(dòng)靜壓混合氣體軸承避免了動(dòng)壓氣體軸承低速時(shí)的磨損問(wèn)題，并提高了軸承的承載能力和穩(wěn)

2、定性，成為氣體軸承研究的重點(diǎn)之一。
　　本文以高速動(dòng)靜混合氣體軸承為研究對(duì)象，研究軸承的靜、動(dòng)態(tài)特性；同時(shí)結(jié)合非線性動(dòng)力學(xué)的理論和方法，通過(guò)數(shù)值仿真和試驗(yàn)手段，研究高速動(dòng)靜混合氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)特性，為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子-氣體軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供有效的方法。
　　針對(duì)經(jīng)典混合氣體軸承設(shè)計(jì)中僅將動(dòng)壓性能參數(shù)與靜壓性能參數(shù)分別計(jì)算后進(jìn)行疊加，忽略了動(dòng)靜壓之間的相互影響的問(wèn)題，建立了含小孔節(jié)流項(xiàng)的動(dòng)靜混合徑向氣體軸承可壓縮氣

3、體潤(rùn)滑雷諾方程，通過(guò)牛頓迭代法和有限差分法實(shí)現(xiàn)了混合軸承動(dòng)靜壓參數(shù)耦合求解。同時(shí)針對(duì)氣體軸承承載能力偏低的弱點(diǎn)，提出了薄膜節(jié)流器動(dòng)靜混合氣體軸承結(jié)構(gòu)，建立了描述薄膜節(jié)流器內(nèi)流動(dòng)的氣體動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)流體阻抗法實(shí)現(xiàn)了上述方程與徑向氣體潤(rùn)滑雷諾方程的耦合求解。
　　針對(duì)氣體潤(rùn)滑雷諾方程中考慮轉(zhuǎn)子渦動(dòng)的氣體軸承剛度阻尼系數(shù)求解困難的問(wèn)題，通過(guò)多供氣孔靜壓徑向氣體軸承的壓力分布獲得了能夠準(zhǔn)確描述其特性的平均系數(shù)及修正系數(shù)，給出了節(jié)流孔入、

4、出口壓力間的關(guān)系；采用傳遞函數(shù)法描述了徑向氣體軸承間隙內(nèi)氣體的流動(dòng)，推導(dǎo)了非穩(wěn)態(tài)多供氣孔動(dòng)靜混合徑向氣體軸承非線性氣膜力的解析表達(dá)式，通過(guò)對(duì)該氣膜力進(jìn)行Laplace變換獲得了上述軸承的動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)。
　　針對(duì)氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究中忽略氣膜力中壓力和位移對(duì)時(shí)間偏導(dǎo)數(shù)項(xiàng)的問(wèn)題，采用變方向隱式方法計(jì)算氣體軸承間隙的瞬態(tài)流場(chǎng)，并將其與彈性轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)學(xué)方程耦合求解；針對(duì)耦合求解中，氣體潤(rùn)滑瞬態(tài)雷諾方程和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程不能同步求解

5、的問(wèn)題，提出了線性預(yù)測(cè)多場(chǎng)耦合算法，計(jì)算了氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性；研究表明，線性預(yù)測(cè)多場(chǎng)耦合算法能夠消除弱耦合算法引入的滯后誤差并提高計(jì)算效率。
　　基于線性預(yù)測(cè)多場(chǎng)耦合求解方法，提出了相應(yīng)的簡(jiǎn)諧激振動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)識(shí)別方法，通過(guò)考慮激振頻率對(duì)動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)的影響獲得了耦合轉(zhuǎn)子彈性變形的動(dòng)力學(xué)特性系數(shù)。
　　針對(duì)旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部流動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)變化較為敏感的特點(diǎn)，對(duì)旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子渦動(dòng)時(shí)壓縮進(jìn)氣道的內(nèi)部