阻尼轴承油膜惯性对油膜作用力的影响

发布时间：2019-05-05 07:57

【摘要】：降低轴的重量和采用弹性支承是提高轴的转速,实现机器超临界状态工作的主要技术途径。由于阻尼轴承具有良好的阻尼能力,在高速轴支承系统的多种外加阻尼装置中,应用最广。在高速转子—轴承系统(简称轴系)的动力学设计中,阻尼轴承的油膜动力参数是计算高速轴系的稳定性裕度、临界转速和不平衡响应的基本参数。机器工作转速的不断提高和采用低粘度润滑油已使得流体惯性对油膜动力特性产生了越来越显著的作用。实践证明在这种情况下,分析油膜动力参数必须考虑流体惯性的作用。这就提出了在考虑流体惯性作用的前提下,研究轴承油膜动力特性的命题。流体动力学的Navier-Stokes方程(简称N—S方程)表明轴承油膜的速度分布是研究油膜动力特性的理论基础。本文根据含流体惯性项的N—S方程研究了流体惯性对油膜速度分布的作用,根据Navier—Stocks方程建立了挤压油膜阻尼轴承油膜惯性速度分布的数学模型,并应用交替方向隐式差分法和自行编制的一整套仿真程序进行数值计算,成功地利用线性迭代技术解决了N—S方程中的非线性问题,建立了短轴承油膜的惯性速度分布。该分布反映了流体惯性对油膜速度的作用。结果表明,阻尼轴承油膜惯性速度沿径向显抛物型分布。当雷诺系数不大(小于8)、偏心率不大(小于0.35)时,流体惯性随雷诺系数和偏心率的增大而增加,其值越大增加的幅度越快,传统假设不再合理。计算还得证时间步长加大到0.006时计算法仍具有较好的稳定性和收敛性。且收敛速度随时间步长的增大而迅速加快。从而与本文所推导的差分法算法的稳定性和收敛性指标(增长因子小于1)相吻合。依据N—S方程,本文对传统的无惯性解,有惯性解进行理论研究,同时对这两种解析解与数值解进行比较分析证明。根据惯性速度分布,本文研究了流体惯性对油膜动力参数的作用。这项工作的最大进步是祢补了传统理论分析中忽略流体惯性对油膜速度分布的影响的缺欠,发展了新的短轴承油膜动力参数模型。实验结果表明新的模型明显地优于传统的阻尼轴承油膜作用力分析理论,特别是对油膜阻尼作用力分析理论的改进。新模型在理论上反映出油膜阻尼作用力与油粘度的非线性关系,解决了大雷诺系数时传统理论与实验结果之间存在的矛盾。利用惯性速度分布进行的研究工作还证明在大雷诺系数时,传统理论依赖的无惯性速度分布假设(即以忽略流体惯性引起的油膜速度分布变化为前提,研究流体惯性对油膜动力参数的影响)是不合理的,将对油膜动力参数的分析引起较大误差。本文针对阻尼轴承经常出现的圆周进动,根据三维N—S方程建立了一种包含流体惯性作用的改进雷诺方程。利用改进的雷诺方程,研究了短轴承油膜动力特性,建立了油膜动力参数的数学模型。实验结果和数值分析证明所取得的成果是正确的。为分析轴承油膜动力特性探索了一条新途径。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH133.3

【参考文献】