论文总字数：29954字

摘 要

本文针对带油膜轴承的双盘单跨转子系统，建立了其动力学模型，并进行油膜转子系统动力特性仿真分析，研究油膜对转子系统振动特性的影响。首先，根据实验装置建立了转子的有限元模型，然后通过合理定义油膜的八个动力特性系数的数值来模拟线性化油膜的作用，仿真分析其临界转速与振型；其次建立了转子系统的集中质量模型，分别在考虑和不考虑油膜影响的情况下列出其运动微分方程。其中油膜的作用分别采用Capone油膜力模型和八个动力特性系数表示的油膜力进行模拟，八个动力特性系数的表达式是在短轴承假设下给出的。结合Newmark积分法基于平均加速度假设求解转子系统运动微分方程，得出转子系统在偏心量作用下的不平衡响应，对转子系统的涡动发展规律进行分析。结果表明，油膜对临界转速和振型的影响机理与支承刚度的影响机理类似，且可以忽略不计；随着转速的变化，不考虑油膜时，转子系统始终作正向同步涡动；考虑油膜时，转子涡动的发展分为两个阶段：在低转速下，转子涡动频率与转频相同，处于惯性同步涡动阶段；当转速约达到一阶临界转速的2倍时，油膜振荡突然剧烈发生，频率约等于一阶临界角频率并处于锁频状态，该状态不会随着转速的升高而消失。

关键词：转子系统，涡动，油膜力，油膜振荡

Abstract

The effect of the oil film on the vibration characteristics of the rotor is investigated based on the dynamic model of the rotor system with an oil film bearing. Firstly, the finite element model of the rotor is established according to the actual model. Then the critical rotational speed and vibration mode of the rotor are analyzed based on linear oil film which is simulated by reasonably defining the eight dynamic characteristic coefficients. After that the lumped mass model of the rotor system is developed in which the oil film is simulated by two different non-linear oil film force models. The Newmark integral method is used to solve the differential equations of motion of the rotor system, in order to obtain the unbalance response of the system under the influence of eccentricity. The results shows that the oil film has little effect on the critical speed and vibration mode; when the influence of oil film is not considered, the rotor system is always in synchronous whirl; However, the development of rotor whirl is divided into two phases as rotation speed grows under the influence of oil film: synchronous inertia whirl stage and oil whip stage. In the first stage the rotor system is under stable operation; while in the second phase oil film instability occurs and the whip frequency is fixed in first-order critical angular frequency.

KEY WORDS: rotor system, whirl, oil film force, oil whip

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 研究现状 1

1.2.1 转子系统建模的研究现状 2

1.2.2 油膜力的研究现状 2

1.3 本文主要内容 4

第二章 临界转速与振型分析 6

2.1 概述 6

2.2 Samcef for Rotor简介 6

2.3 建立转子有限元模型 8

2.3.1 基于Hypermesh的网格模型 8

2.3.2 基于Samcef的有限元模型 9

2.4 定义分析数据 10

2.5 仿真结果及分析 13

2.5.1 临界转速分析 13

2.5.2 振型分析 15

2.6 本章小结 17

第三章 不考虑油膜的转子涡动分析 19

3.1 概述 19

3.2 Newmark积分法 19

3.3 建立集中质量模型 20

3.4 仿真结果及分析 25

3.5 本章小结 27

第四章 油膜影响下的转子涡动分析 28

4.1 概述 28

4.2 算法流程 28

4.3 油膜力模型 29

4.3.1 Capone非线性油膜力模型 30

4.3.2 八个动力系数油膜力模型 31

4.4 建立集中质量模型 31

4.5 仿真结果及分析 32

4.5.1 Capone油膜力模型仿真结果及分析 32

4.5.2 动力系数油膜力模型仿真结果及分析 37

4.6 本章小结 41

第五章 总结与展望 43

参考文献 44

致谢 46

绪论

• • 1. 研究背景与意义

作为大量应用于工业生产制造中的机械设备，旋转机械振动问题的研究一直是机械行业的重点。由于旋转机械故障而引起的事故时有发生，往往造成巨大的经济损失。而且，为了达到更高的效率，现代旋转机械不仅正向大跨度、大功率方向发展，同时还有向高转速和大载荷变化的趋势。在这种情况下，对系统可靠性有着绝对影响的振动问题就显得更加突出。

转子是旋转机械中的关键部件，即旋转机械中旋转的部分。转子、支撑其转动的滑动轴承以及支座等关键辅件组成了如今所说的转子-滑动轴承系统（简称转子系统）^[1]。正是转子系统的振动和可靠性对旋转机械的性能有着重要影响。汽轮发电机组、航空发动机组等旋转机械的故障，往往就是由于转子发生故障而导致的。

转子系统失稳即转子发生自激振动。顾名思义，维持这种运动的周期力来自该运动本身，力要受该运动控制，当运动不复存在时，该力也立即消失，即转子是由于内部因素的作用而导致的振动。这种自激振动的频率等于系统的某一低阶固有频率，而且由于转子并非刚性的原因，振动的频率往往会比转动频率稍低。常常导致转子失稳的内部机制有很多，例如流体动压轴承中液体的密封条件及其出现的油膜失稳、转子结构内阻尼、汽轮机中的叶轮偏心因素、中空的转轴内腔中充有液体、转静子干摩擦等等^[2]。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：29954字