基于挤压油膜阻尼器的减振轴承设计与分析

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挤压油膜阻尼器结构简单,在航空发动机等旋转机械的减振抗振设计中起到重要作用,国内外学者研究开发了多种挤压油膜阻尼器。其中俄罗斯学者提出的弹性环式挤压油膜阻尼器结构紧凑,同时具有调频和减振功能。但该阻尼器中的弹性环形状是内外交错的弹性凸台环,这导致弹性环存在应力集中和油膜挤压阻尼效应利用不充分的问题。本文设计了一种新的弹性环挤压油膜阻尼器,把弹性环设计成具有周向正弦(或者余弦)函数形状的波纹结构,弹性环在形状上光滑连续,没有形状突变,消除了应力集中现象,并在应力分布、油膜动力特性等方面对其进行研究分析。具体工作分为以下几个方面:首先本文阐述了挤压油膜阻尼器的研究意义,介绍了挤压油膜阻尼器的发展情况以及各种挤压油膜阻尼器的特点。其次进行了基于弹性波纹环阻尼器减振轴承的结构设计与分析。以7005C轴承为例,设计了弹性波纹环减振轴承复合结构,通过ABAQUS有限元软件对其进行结构应力分析,随后研究了弹性波纹环几何参数对波纹环结构应力和挤压刚度的影响,最后分析了有无弹性环情况下轴承的抗冲击性能。研究发现,弹性波纹环的应力分布相比于现有的弹性凸台环有明显改善,最大应力降低了64%,消除了应力集中现象。之后针对弹性波纹环减振轴承的挤压油膜,建立了周向波纹状挤压油膜的挤压动力学控制方程。通过有限差分法与有限元软件联合的流固耦合求解方法对油膜挤压动力特性进行分析。然后通过柔性转子系统的等效力学模型分析了减振轴承的减振效果。研究表明,弹性波纹环减振轴承可以在柔性转子系统中有效降低转子振幅,相比于没有挤压油膜的情况,振幅降低了24.4%。同时还给出了不同参数对油膜动力特性系数的影响规律。最后使用两种不同求解方法对现有的弹性凸台环进行油膜挤压特性分析,验证本文流固耦合求解方法的精确性,并比较了弹性波纹环与弹性凸台环的油膜挤压特性差异,发现弹性波纹环的等效油膜阻尼是弹性凸台环的三倍多,弹性波纹环油膜减振吸能特性更好。本文设计的新型弹性波纹环挤压油膜减振轴承的弹性环应力分布更好,消除了应力集中现象,并且油膜挤压阻尼效果大幅度提高,使得弹性波纹环减振轴承在实际应用过程中可以有更大的可设计空间。同时本文给出了弹性波纹环结构参数对挤压油膜动力特性系数的影响规律,为抗振减振轴承的实际设计提供了一定的理论基础。
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