涡轮增压器轴承-转子系统的非线性行为研究

摘要

随着社会进步，涡轮增压器已经在很多领域内得到了广泛的应用，如汽车、内燃机车等。涡轮增压器的关键构件是由涡轮、压气机和轴承构成的转子系统，该设备的可靠性与转子系统密切相关。在转子系统中之所以存在较强的非线性动力特性，主要是因为系统中存在较多的非线性力，如碰摩力、油膜力、偏心力等。在转子系统中，某些参数的微弱变化往往会使系统的运动形式发生改变。故合理的选择参数，才能保证转子的平稳运行。
　　本文以涡轮增压器的轴承转子系统为研究对像，分别研究了碰摩力和非线性油膜力对系统动力特性的影响。首先，为了着重研究碰摩力对系统的影响，根据转子动力学理论，将其简化为一个由刚性支撑的双盘转子系统模型，在充分考虑转子重力和偏心力的基础上建立运动微分方程并进行无量纲处理。其次，在研究油膜力和碰摩力耦合作用时，将涡轮增压器简化为一个由滑动轴承支撑的双盘轴承转子系统模型;最后分别对两种模型进行定性分析和定量分析。对于双盘转子系统模型，研究了系统由局部碰摩引起的非线性行为。采用变步长四阶龙格库塔法对系统方程进行数值求解，应用时间历程图、相图、轴心轨迹图和Poincare截面映射图等非线性分析方法分析了转子发生碰摩时，涡轮增压器轴承转子系统响应随参数变化的分岔演化规律。对于双盘轴承转子系统模型，在碰摩力和非线性油膜力耦合情况下，主要分析了涡轮增压器转子系统中存在的分岔类型以及通向混沌的途径，并讨论了转子系统随刚度系数、阻尼系数等关键参数变化的运动形式。通过以上转子系统的动力学分析，为涡轮增压器设计提供理论参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作

2 非线性转子动力学理论基础及分析方法

2．1 混沌与分岔概述

2．1．1 混沌

2．1．2 通向混沌的道路

2．2 转子系统非线性分析方法

2．2．1 分岔图

2．2．2 相图和轴心轨迹图

2．2．3 Poincare截面映射图

2．2．3 时间历程图

2．3 非线性转子系统求解方法

2．3．1 Newmark法

2．3．2 龙格一库塔法

2．4 本章小结

3 含碰摩故障涡轮增压器转子系统非线性分析

3．1 力学模型

3．1．1 碰摩模型及其方程

3．1．2 涡轮增压器转子系统的动力学模型

3．2 系统运动方程

3．3 数值仿真及结果分析

3．3．1 刚度变化对转子系统的影响

3．3．2 偏心量对转子系统的影响

3．3．3 间隙对转子系统的影响

3．3．4 阻尼系数对转子系统的影响

3．3．5 摩擦系数对转子系统的影响

3．4 本章小结

4 涡轮增压器轴承-转子系统的非线性分析

4．1 力学模型及其方程

4．1．1 系统模型

4．1．2 碰摩力模型

4．1．3 非线性油膜力模型及其方程

4．2 系统动力学方程

4．3 数值仿真及结果分析

4．3．1 刚度系数对转子系统的影响

4．3．2 偏心量对转子系统的影响

4．3．3 阻尼系数对转子系统的影响

4．3．4 摩擦系数对转子系统的影响

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献