考虑相似动力学特性的转子--支承系统模化设计方法研究

摘要

转子-支承系统作为航空发动机、汽轮机、压缩机和水轮机等大型旋转机械的重要组成部分，其动力学特性决定着旋转机械的工作性能和结构安全。但由于转子-支承系统受转速、离心力、离心弯矩、恢复扭矩载荷、支承刚度、陀螺力矩和尺寸效应等众多复杂因素的影响，其动力学问题仅靠理论上的解析和数值模拟不能准确地解决，必须结合物理试验研究。在工程实际中，直接采用原型进行试验存在很大局限性，原型的复杂性也决定了直接进行完全几何相似模型试验的不可行性，因此，研究复杂转子-支承系统动力学模化设计方法，不仅具有重要的学术价值，而且对旋转机械产业发展有着重要的意义。
　　相似理论在转子-支承系统模型设计中起着关键性作用，但在进行转子-支承系统模型设计时，往往需要采用模化设计方法。本论文中的模化设计方法是指基于灵敏度分析，设计与原型转子-支承系统动力学特性相似的简化缩尺模型的方法。
　　本论文以某航空发动机双转子-支承系统为研究对象，针对转子-支承系统的关键部件，如转轴、转盘及支承（滚动轴承）等，分别提出动力学模化设计方法。首先，基于转子-支承系统临界转速对各参数灵敏度分析，提出一种复杂转轴结构相似模型设计方法;然后，将刚性圆盘划分依据应用到转子-支承系统中转盘结构相似设计中，并对系统中常见支承（如滚动球轴承、圆柱滚子轴承）进行动力学相似关系推导、验证及应用;最后，总结出一种复杂转子-支承系统相似设计方法。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 转子-支承系统相似理论的研究现状

1．2．2 转子-支承系统振动特性对各参数灵敏度分析的研究现状

1．2．3 轴承动力学相似的研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 转子-支承系统中转轴部件模化设计

2．1 转子-支承系统固有特性计算

2．1．1 典型部件传递矩阵

2．1．2 临界转速的Riccati传递矩阵解法

2．1．3 算例

2．2 转子-支承系统临界转速对各参数灵敏度分析

2．2．1 临界转速对系统各参数敏感度分析

2．2．2 转子-支承系统参数的调整

2．3 复杂转子-支承系统转轴相似模型设计方法

2．3．1 转子-支承系统动力学模化

2．3．2 模型修正

2．3．3 算例

2．4 本章小结

第3章 转子-支承系统中转盘部件模化设计

3．1 转子-支承系统转盘部件相似模化依据

3．2 三种不同双盘转子-支承系统转盘部件模化

3．3 不同材料转盘相似设计研究

3．4 本章小结

第4章 转子-支承系统中滚动轴承相似问题研究

4．1 滚动轴承相似关系推导

4．1．1 滚动球轴承相似关系建立

4．1．2 圆柱滚子轴承相似关系建立

4．2 滚动轴承相似关系数值验证

4．2．1 滚动轴承接触刚度解析计算

4．2．2 滚动轴承接触刚度有限元计算

4．3 滚动轴承系统相似相关问题研究

4．3．1 运动方程

4．3．2 滚动球轴承系统振动相似关系推导

4．3．3 实例验证

4．4 单转子-支承系统相似设计方法

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢