涡轮增压器转子—浮环轴承系统不平衡振动特性研究

发布时间：2017-07-19 16:07

  本文关键词：涡轮增压器转子—浮环轴承系统不平衡振动特性研究

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【摘要】：针对高速涡轮增压器转子组成零部件所属材料非均匀性、加工装配偏差、叶轮运行中的磨损和不均匀积碳易造成随机不平衡现象,以及在许用残余不平衡条件下,浮环轴承制造公差引起同批次轴承不同的内外极限间隙,导致浮环轴承内外油膜动力特性系数变化,引起同类型涡轮增压器转子振动、噪声加剧,影响汽车涡轮增压器本身质量以及整机NVH性能。因此,本论文开展涡轮增压器转子-浮环轴承系统不平衡振动特性研究,掌握涡轮增压器转子不平衡振动规律,以控制或减少转子振动,保障其安全高效健康运行。本文主要内容如下:1)介绍了高速涡轮增压器的结构特点,分析了涡轮增压器转子不平衡振动特性方面研究现状。以某型汽油机涡轮增压器为例,推导出含浮环轴承和不平衡激励的涡轮增压器转子动力学方程,构建涡轮增压器转子-轴承系统动力学有限元模型,开展涡轮增压器转子临界转速与振型、稳态不平衡响应分析和非线性瞬态响应分析。总结出正常转子和不平衡转子在低转速时均表现为线性特性,在高转速时表现出明显的非线性特性,不平衡量可以抑制非同步振动成分,减小转子振动。2)针对涡轮增压器不平衡振动特性复杂以及浮环轴承制造公差极限间隙的问题,采用有限元法研究了不平衡位置、不平衡大小、不平衡相位差以及不平衡下轴承制造公差间隙对涡轮增压器转子动力学特性的影响规律,提出在设计和制造阶段,通过合理控制不平衡的施加位置、不平衡大小、不平衡相位以及轴承制造间隙,可实现转子振动和非同步振动成分的有效减小或抑制。3)针对涡轮增压器双悬臂转子结构特点以及叶轮存在随机不平衡量的问题,设计搭建双悬臂转子实验台,采用升速和定转速测试方法研究油膜轴承支承的双悬臂转子横跨2阶临界转速的不平衡振动响应特性。结果表明不平衡是影响双悬臂转子系统响应的关键因素,设计时需更加关注不平衡位置的影响,该分析结论可为双悬臂转子动力学参数设计以及有效避免高频共振区域提供借鉴和参考。4)实际工况涡轮增压器转子实验台的搭建与不平衡激励下振动特性实验验证。自主设计搭建25000r/min涡轮增压器转子实验台,研究涡轮增压器转子在25000r/min转速范围内的不平衡振动特性,采用BK系统对4种不平衡大小下的涡轮增压器转子进行振动测试,分析振动数据得到各测点的时频特性,所得实验结果与仿真分析结果基本一致,论文结论对涡轮增压器生产制造、动力学设计和振动控制具有一定的参考价值。
【关键词】：涡轮增压器 浮环轴承 非线性瞬态分析 不平衡振动特性 制造间隙
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.135
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 论文研究背景及意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 浮环轴承动力学特性12-14
• 1.2.2 涡轮增压器转子不平衡振动特性14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 涡轮增压器转子动力学建模与仿真分析18-42
• 2.1 引言18
• 2.2 涡轮增压器转子不平衡振动方程18-22
• 2.3 涡轮增压器转子动力学求解方法22-23
• 2.4 涡轮增压器转子轴承系统动力学建模23-32
• 2.4.1 涡轮增压器转子结构23-26
• 2.4.2 涡轮增压器转子建模原则26-28
• 2.4.3 涡轮增压器转子轴承系统动力学建模28-32
• 2.5 涡轮增压器转子轴承系统动力学特性分析32-41
• 2.5.1 涡轮增压器临界转速与振型分析32-35
• 2.5.2 涡轮增压器转子不平衡响应分析35-36
• 2.5.3 非线性瞬态响应分析36-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第三章 不平衡对涡轮增压器转子动力学特性影响规律42-66
• 3.1 引言42-43
• 3.2 不平衡位置对转子动力学特性影响43-50
• 3.3 不平衡大小对转子动力学特性影响50-53
• 3.4 不平衡相位对转子动力学特性影响53-55
• 3.5 不平衡下轴承制造公差对转子动力学特性影响55-63
• 3.5.1 含浮环轴承内外间隙的雷诺方程56-58
• 3.5.2 非线性时间瞬态响应分析58-63
• 3.6 本章小结63-66
• 第四章 油膜轴承双悬臂转子不平衡振动特性模拟实验研究66-78
• 4.1 引言66
• 4.2 含不平衡激励的双悬臂转子系统动力学方程66-68
• 4.3 双悬臂转子不平衡特性实验68-70
• 4.3.1 转子实验装置68-69
• 4.3.2 不平衡特性实验方案69
• 4.3.3 不平衡实验测试与分析69-70
• 4.4 双悬臂转子不平衡特性分析70-75
• 4.4.1 不平衡大小对转子振动特性的影响70-72
• 4.4.2 不平衡位置对转子振动特性的影响72-74
• 4.4.3 不平衡相位对转子振动特性的影响74-75
• 4.5 本章小结75-78
• 第五章 实际工况涡轮增压器转子不平衡激励下振动特性实验与分析78-90
• 5.1 引言78
• 5.2 涡轮增压器转子实验台设计与搭建78-81
• 5.2.1 涡轮增压器转子实验台78-80
• 5.2.2 振动测试与分析系统80-81
• 5.3 涡轮增压器转子不平衡特性实验81-89
• 5.3.1 不同大小不平衡下转子振动响应测试83-85
• 5.3.2 不同大小不平衡下转子振动响应分析85-89
• 5.4 本章小结89-90
• 第六章 结论与展望90-94
• 6.1 研究结论90-92
• 6.2 研究展望92-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-100
• 附录：攻读硕士学位期间主要研究成果目录100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：563679