柔性阻尼支承可倾瓦轴承油膜动力及减振特性研究
发布时间：2017-09-12 23:37
本文关键词：柔性阻尼支承可倾瓦轴承油膜动力及减振特性研究
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【摘要】：舰艇中低速巡航状态的主要噪声源是动力机械。舰艇主要的动力源为涡轮动力系统。涡轮动力转子-轴承系统运行过程中产生结构振动,并通过基座以及舰艇壳体向外传播辐射噪声,降低舰艇声隐身的能力。目前,可倾瓦轴承被广泛作为现代化、高速舰艇涡轮动力系统的支承主轴承。可倾瓦轴承的润滑油膜在转子及基座之间起着减振作用。本文主要从结构减振技术角度出发,研究转子-轴承-基座系统中柔性阻尼支承可倾瓦滑动轴承的油膜动力及减振特性。主要内容及创新点如下:(1)理论上分析柔性阻尼支承可倾瓦轴承瓦块支点受力的平衡方程,静平衡位置瓦块运动微分方程,分别建立考虑温粘特性的柔性阻尼支承可倾瓦轴承频率-缩减动力学模型与完全动力学模型,并推导频率扰动压力以及广义扰动压力Reynolds方程;通过仿真案例以验证考虑温粘特性的重要性。(2)提出一种挠性支承可倾瓦轴承静平衡位置Newton-Raphson迭代算法,结合本文提出的考虑温粘特性挠性支承可倾瓦轴承频率-缩减动力学模型,计算挠性支承可倾瓦轴承频率缩减动力特性系数,并与文献实验结果进行对比分析,验证本文提出的静平衡位置迭代算法以及动力学模型。采用本文提出的完全动力学模型,将上述平衡位置的仿真结果应用于完全动力学模型,计算了挠性支承可倾瓦轴承的完全动力特性系数,对比分析了该类型轴承缩减动力学与完全动力学系数之间的差异。(3)提出S型阻尼器结构,采用有限元法对阻尼器结构刚度进行仿真计算;提出一种新的阻尼器-可倾瓦轴承平衡位置Newton-Raphson迭代算法,克服传统算法在径向方向低刚度情况下较难收敛的缺点;提出Comsol PDE工具包与Matlab联合仿真分析方法,在给定载荷和转速工况下,计算阻尼器-可倾瓦轴承平衡状态下完全动力学系数;对比分析不同径向刚度的阻尼器-可倾瓦轴承油膜完全动力特性,为阻尼器-可倾瓦轴承的动力特性优化设计提供依据;提出一种将转子-轴承动力学,轴承座-基座结构动力学进行联合仿真的方法,对常规轴承、传统可倾瓦轴承与阻尼器-可倾瓦轴承支承下的基座机脚振动传递特性的减振特性进行对比分析。(4)揭示了流体支点可倾瓦轴承油膜形成机理,推导内层静压孔与外层静压腔流量连续方程,基于瓦块中心位移矢量法推导流体支点可倾瓦轴承外层油膜厚度表达式;建立流体支点可倾瓦轴承动力学模型,提出一种新的考虑轴颈中心位移、瓦块摆角以及外层油膜作用下瓦块上浮量的流体支点可倾瓦轴承Newton-Raphson迭代算法;提出一种流体支点可倾瓦轴承工作初始状态下瓦块浮起所需静压腔面积的计算方法;采用本文提出的转子动力学-结构动力学联合仿真方法,对不同间隙比流体支点可倾瓦轴承进行转子-轴承-基座机脚振动特性进行仿真分析,确定合适轴承间隙比参数;并与常规轴承支撑的转子-轴承-基座机脚振动特性进行对比分析,以验证流体支点可倾瓦轴承的减振特性。(5)提出通过相似性原理设计小比例轴承,搭建倒置式试验台试验研究其动力特性;通过转子模化原则设计模化转子轴,建立大型滑动轴承-转子试验平台,试验研究不同轴承参数下的流体支点可倾瓦轴承振动特性,并与常规轴承振动特性进行对比,分析流体支点可倾瓦轴承减振效果。
【关键词】：柔性阻尼支承 可倾瓦轴承 油膜 动力学 减振特性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.703
【目录】：
- 摘要5-7
- Abstract7-13
- 第一章 绪论13-30
- 1.1 研究背景13-14
- 1.2 舰艇涡轮动力系统结构减振技术国内外研究现状14-16
- 1.2.1 隔振技术研究15
- 1.2.2 支承轴承减振技术研究15-16
- 1.3 可倾瓦轴承动力特性国内外研究现状16-23
- 1.3.1 轴承润滑理论发展17-18
- 1.3.2 可倾瓦轴承动力学研究18-22
- 1.3.3 可倾瓦轴承-转子非线性动力学研究22-23
- 1.4 柔性阻尼支承可倾瓦轴承减振特性国内外研究现状23-28
- 1.4.1 挠性支承可倾瓦轴承23-25
- 1.4.2 阻尼器-可倾瓦轴承25-26
- 1.4.3 流体支点可倾瓦轴承26-28
- 1.5 研究主要内容28-30
- 第二章 柔性阻尼支承可倾瓦轴承动力学建模30-56
- 2.0 引言30-31
- 2.1 流体动力润滑的基本方程31-33
- 2.2 柔性阻尼支承可倾瓦轴承动力学模型33-49
- 2.2.1 频率-缩减（Frequency-Reduced）动力学模型33-41
- 2.2.2 完全（Full）动力学模型41-49
- 2.3 润滑数值计算49-55
- 2.4 本章小结55-56
- 第三章 挠性支承可倾瓦轴承动力特性研究56-76
- 3.1 引言56-57
- 3.2 挠性支点可倾瓦轴承平衡位置迭代算法研究57-59
- 3.3 动力特性系数回归拟合的最小二乘法59-61
- 3.4 仿真对比分析61-75
- 3.4.1 挠性支承可倾瓦轴承参数61-62
- 3.4.2 频率-缩减动力学系数计算结果62-73
- 3.4.3 完全动力学系数计算结果73-75
- 3.5 本章小结75-76
- 第四章 阻尼器-可倾瓦轴承减振特性研究76-103
- 4.1 引言76-77
- 4.2 阻尼器设计77-79
- 4.3 阻尼器-可倾瓦轴承静态平衡位置迭代算法79-81
- 4.4 阻尼器-可倾瓦动力特性仿真计算81-93
- 4.4.1 阻尼-可倾瓦轴承计算参数81-82
- 4.4.3 完全动力学系数计算结果82-93
- 4.5 阻尼器-可倾瓦轴承-转子-基座振动特性研究93-102
- 4.5.1 振动加速度级评估93-94
- 4.5.2 轴承-转子-基座有限元模型94-96
- 4.5.3 轴承-转子-基座振动仿真分析96-102
- 4.6 本章小结102-103
- 第五章 流体支点可倾瓦轴承减振机理研究103-138
- 5.0 引言103
- 5.1 流体支点可倾瓦轴承工作原理103-105
- 5.2 流体支点可倾瓦轴承油膜形成机理105-109
- 5.3 流体支点可倾瓦轴承油膜厚度109-111
- 5.4 流体支点可倾瓦轴承动力学模型111-118
- 5.4.1 内层油膜作用力111-112
- 5.4.2 外层油膜作用力112-114
- 5.4.3 频率-缩减动力学系数114-115
- 5.4.4 平衡位置迭代计算115-118
- 5.5 轴瓦浮起所需静压腔面积计算118-121
- 5.6 流体支点可倾瓦轴承-转子-基座振动特性研究121-137
- 5.6.1 流体支点可倾瓦轴承减振机理121-122
- 5.6.2 流体支点可倾瓦轴承-转子-基座振动有限元建模122-125
- 5.6.3 轴承-转子-基座振动仿真分析125-137
- 5.7 本章小结137-138
- 第六章 流体支点可倾瓦轴承动力与减振特性试验研究138-168
- 6.1 引言138
- 6.2 流体支点可倾瓦轴承动力特性试验138-150
- 6.2.1 倒置式轴承试验台140-141
- 6.2.2 轴瓦温度特性试验141-142
- 6.2.3 动态特性测试试验142-143
- 6.2.4 动态激振测试原理143-145
- 6.2.5 试验结果与数据分析145-150
- 6.3 流体支点可倾瓦轴承减振特性试验150-165
- 6.3.1 试验平台系统150-151
- 6.3.2 测试仪器151-152
- 6.3.3 测试项目参数及测点布置152-153
- 6.3.4 减振特性试验方案153-154
- 6.3.5 减振降噪评价量标154-155
- 6.3.6 现场动平衡测试原理及试验155-162
- 6.3.7 减振特性对比分析162-165
- 6.4 减振理论分析165-167
- 6.5 小结167-168
- 结论168-172
- 参考文献172-184
- 攻读博士学位期间取得的研究成果184-185
- 致谢185-186
- 附件186
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4 朱文波,王吉胜;可倾瓦轴承的应用与检修[J];机械设计与制造;2004年06期
5 杨玉敏;戴旭东;马s，
本文编号：840207
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