高速动静压混合气体轴承转子系统动力学特性研究

发布时间：2022-02-24 20:33

　　随着动力机械对功率密度要求的日益提高,需要转子工作在更高转速下,而限制转子高速运行的关键是轴承。长期以来广泛使用的滚动轴承由于部件间存在接触,在高速运行时磨损严重而影响寿命;液体轴承的摩擦功耗大,失稳转速较低,因此上述两种轴承在高转速下应用受到较大限制。气体轴承由于润滑介质粘度较低,能够有效地克服滚动轴承和液体轴承的缺点,在高速旋转机械中获得日益广泛的应用;动静压混合气体轴承避免了动压气体轴承低速时的磨损问题,并提高了轴承的承载能力和稳定性,成为气体轴承研究的重点之一。本文以高速动静混合气体轴承为研究对象,研究轴承的静、动态特性;同时结合非线性动力学的理论和方法,通过数值仿真和试验手段,研究高速动静混合气体轴承-转子系统的耦合动力学特性,为高速旋转机械转子-气体轴承系统设计提供有效的方法。针对经典混合气体轴承设计中仅将动压性能参数与静压性能参数分别计算后进行叠加,忽略了动静压之间的相互影响的问题,建立了含小孔节流项的动静混合径向气体轴承可压缩气体润滑雷诺方程,通过牛顿迭代法和有限差分法实现了混合轴承动静压参数耦合求解。同时针对气体轴承承载能力偏低的弱点,提出了薄膜节流器动静混合气体轴承... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
    1.1 课题背景与研究的目的意义
    1.2 气体润滑理论及数值分析方法研究现状
        1.2.1 气体润滑理论著作发表现状
        1.2.2 气体润滑理论研究现状分析
        1.2.3 气体轴承数值分析方法研究现状
    1.3 气体轴承应用发展现状及分析
        1.3.1 动压气体轴承发展状况及分析
        1.3.2 静压气体轴承发展状况及分析
        1.3.3 动静压混合气体轴承发展状况及分析
    1.4 气体轴承转子动力学特性研究现状及分析
        1.4.1 动压气体轴承转子动力学特性研究现状
        1.4.2 动静压混合气体轴承转子动力学特性研究现状
        1.4.3 轴承动力学特性系数识别方法研究现状
    1.5 旋转冲压发动机研究中存在的主要困难
    1.6 本文的研究思路和内容安排
第2章 基于Newton迭代法的高速径向气体轴承静态特性研究
    2.1 引言
    2.2 径向气体轴承润滑流体力学基本方程式.
        2.2.1 纯动压气体轴承气体动力学基本方程
        2.2.2 动静混合气体轴承气体动力学基本方程
        2.2.3 薄膜节流器气体轴承气体动力学基本方程
    2.3 基于Newton迭代的径向气体轴承数值分析方法
        2.3.1 等温稳态气体润滑雷诺方程Newton迭代格式的构造
        2.3.2 微分方程的离散化
        2.3.3 边界条件及仿真流程
        2.3.4 径向气体轴承静特性参数计算
    2.4 动静混合径向气体轴承静态特性研究
        2.4.1 动静混合径向气体轴承计算模型
        2.4.2 动静混合径向气体轴承动静压效应耦合特性研究
        2.4.3 不同供气条件下混合气体轴承性能研究
    2.5 薄膜节流器动静混合径向气体轴承静态特性研究
        2.5.1 薄膜节流器动静混合径向气体轴承计算模型
        2.5.2 薄膜节流器动静混合径向气体轴承静态特性计算结果及分析
    2.6 本章小结
第3章 基于传递函数法的高速径向气体轴承动特性解析研究
    3.1 引言
    3.2 基于传递函数法的转子轴承系统动力学研究方法
    3.3 轴承间隙流动描述
        3.3.1 简化假设条件
        3.3.2 描述流动的数学模型
    3.4 径向气体轴承非线性气膜力及解析形式
    3.5 径向气体轴承动态特性系数及其解析形式
    3.6 基于传递函数法的径向气体轴承特性分析
        3.6.1 纯动压径向气体轴承特性分析及验证
        3.6.2 动静混合径向气体轴承静、动特性研究
    3.7 本章小结
第4章 基于ADI方法的高速径向气体轴承－转子耦合系统动力学研究
    4.1 引言
    4.2 径向气体轴承的气体润滑瞬态雷诺方程模型
    4.3 基于ADI方法的瞬态气体润滑雷诺方程的数值分析方法
    4.4 气体轴承－转子耦合系统动力学分析方法研究
        4.4.1 转子系统运动微分方程的建立
        4.4.2 气体轴承-转子耦合动力学响应算法
        4.4.3 基于弱耦合的动力学轨迹法
        4.4.4 基于预测的多场耦合轨迹法
        4.4.5 不同耦合轨迹法分析比较
    4.5 径向气体轴承－转子耦合系统动力学特性分析
        4.5.1 径向气体轴承－转子系统分析模型
        4.5.2 动压径向气体轴承－耦合转子系统动力学特性分析
        4.5.3 动静混合径向气体轴承－转子耦合系统动力学特性分析
    4.6 耦合转子运动的径向气体轴承非线性动力学特性系数识别方法
        4.6.1 基于转子运动轨迹的线性简谐激振法
        4.6.2 基于ADI耦合求解的简谐激振法
    4.7 本章小结
第5章 旋转冲压激振力作用下气体轴承转子系统动力学特性研究
    5.1 引言
    5.2 旋转冲压转子系统模型及进气道流场分析
        5.2.1 旋转冲压转子-气体轴承系统结构
        5.2.2 压缩进气道结构流场分析
    5.3 旋转冲压转子气流激振力模型
    5.4 旋转冲压转子－气体轴承系统动力学特性研究
        5.4.1 旋转冲压转子－气体轴承系统仿真模型
        5.4.2 旋转冲压转子－气体轴承系统非线性动力学仿真
    5.5 本章小结
第6章 动静混合气体轴承－旋转冲压转子系统动力学特性实验研究
    6.1 引言
    6.2 实验装置与测试分析系统
    6.3 实验过程及结果分析
        6.3.1 实验步骤
        6.3.2 实验结果及分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
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[5]小孔节流动静压混合气体润滑球轴承的干扰力矩分析[J]. 秦冬黎,姚英学.  润滑与密封. 2007(04)
[6]自主气体轴承控制系统分析及实验研究[J]. 葛卫平,齐乃明,刘暾.  摩擦学学报. 2007(02)
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[9]旋转冲压发动机驻涡燃烧技术研究现状分析[J]. 邓洋波,钟兢军.  燃气涡轮试验与研究. 2006(03)
[10]新概念旋转冲压发动机的研究与分析[J]. 王云,赵晓路,徐建中,昂海松.  北京航空航天大学学报. 2004(08)



本文编号：3643464