高速動靜壓混合氣體軸承轉子系統(tǒng)動力學特性研究.pdf

1、隨著動力機械對功率密度要求的日益提高，需要轉子工作在更高轉速下，而限制轉子高速運行的關鍵是軸承。長期以來廣泛使用的滾動軸承由于部件間存在接觸，在高速運行時磨損嚴重而影響壽命；液體軸承的摩擦功耗大，失穩(wěn)轉速較低，因此上述兩種軸承在高轉速下應用受到較大限制。氣體軸承由于潤滑介質粘度較低，能夠有效地克服滾動軸承和液體軸承的缺點，在高速旋轉機械中獲得日益廣泛的應用；動靜壓混合氣體軸承避免了動壓氣體軸承低速時的磨損問題，并提高了軸承的承載能力和穩(wěn)

2、定性，成為氣體軸承研究的重點之一。
　　本文以高速動靜混合氣體軸承為研究對象，研究軸承的靜、動態(tài)特性；同時結合非線性動力學的理論和方法，通過數值仿真和試驗手段，研究高速動靜混合氣體軸承-轉子系統(tǒng)的耦合動力學特性，為高速旋轉機械轉子-氣體軸承系統(tǒng)設計提供有效的方法。
　　針對經典混合氣體軸承設計中僅將動壓性能參數與靜壓性能參數分別計算后進行疊加，忽略了動靜壓之間的相互影響的問題，建立了含小孔節(jié)流項的動靜混合徑向氣體軸承可壓縮氣

3、體潤滑雷諾方程，通過牛頓迭代法和有限差分法實現(xiàn)了混合軸承動靜壓參數耦合求解。同時針對氣體軸承承載能力偏低的弱點，提出了薄膜節(jié)流器動靜混合氣體軸承結構，建立了描述薄膜節(jié)流器內流動的氣體動力學方程，通過流體阻抗法實現(xiàn)了上述方程與徑向氣體潤滑雷諾方程的耦合求解。
　　針對氣體潤滑雷諾方程中考慮轉子渦動的氣體軸承剛度阻尼系數求解困難的問題，通過多供氣孔靜壓徑向氣體軸承的壓力分布獲得了能夠準確描述其特性的平均系數及修正系數，給出了節(jié)流孔入、

4、出口壓力間的關系；采用傳遞函數法描述了徑向氣體軸承間隙內氣體的流動，推導了非穩(wěn)態(tài)多供氣孔動靜混合徑向氣體軸承非線性氣膜力的解析表達式，通過對該氣膜力進行Laplace變換獲得了上述軸承的動力學特性系數。
　　針對氣體軸承-轉子系統(tǒng)動力學特性研究中忽略氣膜力中壓力和位移對時間偏導數項的問題，采用變方向隱式方法計算氣體軸承間隙的瞬態(tài)流場，并將其與彈性轉子運動學方程耦合求解；針對耦合求解中，氣體潤滑瞬態(tài)雷諾方程和轉子運動方程不能同步求解

5、的問題，提出了線性預測多場耦合算法，計算了氣體軸承-轉子系統(tǒng)的非線性動力學特性；研究表明，線性預測多場耦合算法能夠消除弱耦合算法引入的滯后誤差并提高計算效率。
　　基于線性預測多場耦合求解方法，提出了相應的簡諧激振動力學特性系數識別方法，通過考慮激振頻率對動力學特性系數的影響獲得了耦合轉子彈性變形的動力學特性系數。
　　針對旋轉沖壓發(fā)動機轉子內部流動對結構幾何參數變化較為敏感的特點，對旋轉沖壓發(fā)動機轉子渦動時壓縮進氣道的內部