基于通用型线方程的径向滑动轴承动态特性研究

发布时间：2017-06-05 09:12

  本文关键词：基于通用型线方程的径向滑动轴承动态特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转机械是国民经济中的重要机械装备。随着国家电力、航空、机械、石化等工业的迅猛发展，旋转机械发挥着重大的作用。动压径向滑动轴承是旋转机械十分重要的支撑部件，在实际工程中，其静态特性、动态特性对设备的工作有重大影响。动压径向轴承被广泛应用于各种旋转机械中，随着现代机械向大型化、高速化、高性能方向发展，动压径向轴承形状设计方法研究成为改善或提高机组性能非常重要的发展方向。 本课题是国家自然科学基金项目《三维可变孔轴形状耦合径向轴承动力润滑特性及设计理论》（编号：51005257）中的部分研究内容。本文在基于通用型线方程轴承理论的基础上，对轴承的静态、动态性能进行研究，以便能进一步优化出性能更优良的动压径向滑动轴承的轮廓形状。运用数值分析自编程序，软件模拟仿真对前人优化得到的轴承形状进行动态研究分析。比对两者的性能结果，进一步优化得到满足一定承载力要求，，同时稳定性更优的轴承形状。本文主要研究工作和主要内容如下： ①使用CFD有限元软件，选用FLUENT和COMSOL Multiphysics两款商用软件，对已经通过优化型线得到的n=1和n=3的两种型线方程的轴承形状，建立实体模型，生成有限元模型，数值仿真模拟，求解得到静态压力分布云图。通过导出压力分布的数据，编制MATLAB程序，积分求解得到承载力，CFD分析结果与数值分析方法进行对比基本吻合，验证了自编程序数值方法的正确性，为动态分析、稳定性分析的研究奠定了基础。 ②从雷诺方程出发，结合轴承型线理论，推导扰动压力雷诺方程和刚度系数、阻尼系数的计算方法。利用matlab编写程序分别计算并分析圆轴承和非圆轴承在各种工况下的八个动力系数。分析油膜失稳的稳定性指标，以刚性转子为例，其稳定性指标则为无量纲转子质量Mst，进而数值计算。研究结果表明：n=1圆轴承的稳定性比n=3非圆轴承的稳定性更优。 ③应用模态分析的原理和一般步骤，建立实体模型，网格化，生成有限元模型。运用ANSYS有限元软件对转子系统进行动力学模态分析，计算出两种模型的一阶固有频率和临界转速。用软件分析稳定性的结果与数值分析研究的结果是一致的。 ④通过对动态特性的分析，发现仅以承载力为目标优化得到的轴承形状的稳定性欠佳，因此，提出稳定性为目标函数，以最小油膜厚度和轴承承载力为限制条件，采用遗传算法进行优化。优化结果显示，可以得到不但满足一定的承载力，而且稳定性更佳的轴承。
【关键词】：动压径向轴承 动态特性 转子系统 形状优化 通用型线
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.31
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外动压轴承研究概况11-13
• 1.3 课题研究的背景及意义13-14
• 1.4 课题来源14
• 1.5 本文工作内容及技术路线14-18
• 2 理论基础18-36
• 2.1 滑动轴承流体润滑理论的形成18-20
• 2.2 研究的假设20
• 2.3 雷诺方程20-25
• 2.4 有限差分法求解雷诺方程25-28
• 2.5 轴承的特性28-31
• 2.5.1 润滑膜承载力的计算方法28-29
• 2.5.2 偏位角的计算29
• 2.5.3 滑动轴承动力特性的计算29-31
• 2.6 基于傅里叶级数的通用型线方程理论31-33
• 2.7 本章小结33-36
• 3 基于 CFD 有限元软件的模拟仿真36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 数学建模的建立36-37
• 3.3 FLUENT 仿真模拟动压滑动轴承37-43
• 3.3.1 FLUENT 的求解流程38-39
• 3.3.2 GAMBIT 网格划分39-41
• 3.3.3 求解过程与结果分析41-43
• 3.4 COMSOL MULTIPHYSICS 仿真模拟动压滑动轴承43-46
• 3.4.1 COMSOL Multiphysics 软件简介43-44
• 3.4.2 有限元模型的建立44
• 3.4.3 求解结果与分析44-46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 轴承动态特性研究48-66
• 4.1 引言48
• 4.2 滑动轴承动力特性计算理论48-53
• 4.2.1 刚度系数和阻尼系数的推导48-51
• 4.2.2 坐标系的变换51-52
• 4.2.3 公式无量纲化52-53
• 4.3 动力系数的计算与分析53-58
• 4.3.1 动力系数算例53-54
• 4.3.2 圆轴承和非圆轴承动力系数54-58
• 4.4 轴承稳定性研究58-61
• 4.4.1 油膜失稳58-59
• 4.4.2 稳定性数值分析59-60
• 4.4.3 数值方法算例60-61
• 4.5 利用 ANSYS 对转子系统进行动力学分析61-65
• 4.5.1 ANSYS 有限元简介61
• 4.5.2 动力学模态分析原理61-62
• 4.5.3 模态分析的一般步骤62-63
• 4.5.4 有限元模型的建立63-64
• 4.5.5 模态分析的结果64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 5 以稳定性为目标的轴承形状优化66-72
• 5.1 引言66
• 5.2 优化算法66-68
• 5.2.1 遗传算法的优点66
• 5.2.2 遗传算法的基本原理与步骤66-68
• 5.3 优化实例及结果68-70
• 5.3.1 数值方法比较69
• 5.3.2 ANSYS 有限元比较69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 研究展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录80

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  本文关键词：基于通用型线方程的径向滑动轴承动态特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：423393