滚动轴承-转子系统动力学特性及其减振机理研究

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滚动轴承支撑的转子系统广泛应用于工业领域,在工业中的地位不可取代。在航空工业以及大型旋转机械中挤压油膜阻尼器的发明与应用也为转子系统的减振做出了不可磨灭的贡献,尤其是对结构紧密、复杂、几何尺寸要求极为苛刻的航空发动机系统有着重要的实际意义;所以对于滚动轴承和挤压油膜阻尼器的振动特性进行分析与研究具有重要的科技价值,能够为以后的理论研究奠定基础。本文应用MATLAB数值仿真软件对本模型进行数值模拟和数值分析,对目前该领域的研究不足进行补充,完善、丰富该领域的研究方法。主要通过以下两个方面来完成:(1)利用集中质量方法建立滚动轴承-转子系统的动力学模型,将赫兹接触理论融入到滚动轴承当中,利用Newmark-β方法对微分方程进行求解,着重分析了转子的转速、滚动体个数、轴承径向游隙等参数变化对转子系统的动力学特性的影响,滚动轴承的振动特性在很大程度上决定着轴承-转子系统的动力学性能。对于滚动轴承支撑的转子系统动力学性能研究的关键是了解滚动轴承的几何结构,弄清楚其工作机理和运动形式,从而才能准确分析本文模型的动力学特性,为了能够尽可能真实有效的模拟滚动轴承的实际运动情况,本文建立了轴承内圈、滚动体、轴承外圈的相互作用模型,代替了以往轴承-转子系统中的轴承部分利用等效阻尼和刚度来模拟轴承部件模型,解决了后者与实际模型差距较大、计算精度不高、理论与实际有一定偏离等问题,所以根据本文的模型很好的解决了上述问题,同时采用实验的方法进行了比对,很好的验证了理论模型的正确性,为以后的科研工作奠定了重要的理论基础。(2)挤压油膜阻尼器作为航空以及大型旋转机械中重要的一部分,切实可靠的分析其动力学特性具有一定的实际意义,所以在上述滚动轴承-转子系统动力学模型的基础之上加入挤压油膜阻尼器的动力学模型,对于油膜阻尼器的研究我们根据雷诺方程、动压润滑理论、短轴承假设、油膜力周向边界条件等理论基础,分析了该转子系统非线性动力学响应,从轴心轨迹图、时间历程图这两个角度对比了有无挤压油膜阻尼器的转子系统的位移响应,从理论的角度分析了挤压油膜阻尼器的减振特性,其有效地降低了旋转机械转子部件的振幅,大大提高了转子在工作过程中的稳定性,与此同时研究挤压油膜阻尼器中“鼠笼”刚度特性对转子系统运动状态的影响,由于“鼠笼”支撑部件的结构不同,造成转子系统支撑刚度的改变,研究发现,不同“鼠笼”支撑刚度直接影响转子系统运动的周期性,同时对系统的振动幅值也产生了一定影响,所以对油膜阻尼器的研究也具有一定的理论价值。
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