转子-可倾瓦轴承系统完全动力模型及稳定性分析

摘要

转子—可倾瓦轴承系统完全动力模型及稳定性分析本文改进传统的转子—可倾瓦轴承系统建模方法，建立系统的完全刚度阻尼模型(包括瓦块摆动自由度)并研究其稳定性。 传统的当量刚度阻尼模型，是以系统的稳态运动为前提，以转子的转速(或某一给定的频率)为轴颈和轴瓦作谐运动的频率来凝聚瓦块摆动自由度，建立仅反映轴颈自由度的运动微分方程。由于系统运动微分方程的解应由瞬态响应和稳态响应两部分所组成，只有当系统确实作已知谐振频率的单频谐振动时，当量刚度阻尼模型才可用(系统的不平衡响应即是)。但在对系统运动微分方程进行复特征值分析时(包括系统自由振动频率和稳定性分析)，系统(包括转子和轴瓦)的运动频率事先无法预知，必须通过求解系统运动微分方程的复特征值才能得到。因此，该模型在系统特征值分析时显然不具有合理性。 本文依据前人所提出的“可倾瓦轴承完全动力系数”思想，首先以轴颈和单块轴瓦组成的子系统为研究对象，构建了随轴瓦摆动的局部动坐标系，导出了轴颈绝对运动和相对运动的解析关系，采取系列坐标变换并线性化油膜力，建立子系统的刚度矩阵和阻尼矩阵的解析形式。在求得每一个子系统的刚度系数矩阵和阻尼系数矩阵然后，采用pad assembly 法，将这些系数矩阵按油膜力的作用方式，以一定的规则进行扩阶并叠加，得到转子—可倾瓦轴承系统且反映轴颈自由度和所有轴瓦自由度的刚度矩阵和阻尼矩阵的解析形式，并建立系统的自由振动方程。 为研究完全动力模型的稳定性，本文分别以对称的单盘刚性转子—可倾瓦轴承系统和复杂转子一可倾瓦轴承系统为数值模型，采用Newton-Raphson 法求解系统的静平衡位置，系统的刚度矩阵和阻尼矩阵可一并获得。对自由度相对较少的单盘刚性转子系统，将其二次特征值问题化为标准特征值问题来求解。而对于复杂转子—可倾瓦轴承系统，采用广义反迭代方法求解其二次特征值问题。通过在一定范围内改变轴承的相关参数，诸如，预负荷系数、长径比、轴瓦支点位置及转速，分析轴瓦的临界质量、系统阻尼或对数衰减率、涡动频率随轴承参数的变化情况，进而研究轴承参数对系统稳定性影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

一、转子—可倾瓦轴承系统的刚度和阻尼系数的计算

二、转子—可倾瓦轴承系统稳定性问题

三、本文研究工作概述

第一章综述

1.1油膜力算法的研究概述

1.2可倾瓦轴承的研究概述

1.3转子—可倾瓦轴承系统稳定性的研究概述

第二章转子—可倾瓦轴承系统完全动力模型

2.1可倾瓦轴承的几何模型

2.1.1可倾瓦轴承的全局描述

2.1.2可倾瓦轴承单块轴瓦描述

2.1.3间隙和预负荷系数

2.2雷诺方程及可倾瓦轴承动力特性系数

2.2.1雷诺方程

2.2.2可倾瓦轴承动力特性参数

2.3油膜稳定的判定方法

2.3.1 Routh-Hurwitz判别法(R-H)

2.3.2广义Routh-Hurwitz准则

第三章转子—可倾瓦轴承系统稳定性分析

3.1可倾瓦轴承动力特性系数的数值解法

3.1.1静平衡位置的求解

3.1.2油膜力及其Jacobian矩阵的一种快速算法

3.2可倾瓦轴承—转子系统的完全动力模型和当量模型

3.2.1可倾瓦轴承的完全动力模型

3.2.2可倾瓦轴承的当量模型

3.2.3系统模型的无量纲化处理

3.3数值算例与讨论

第四章复杂转子—可倾瓦轴承系统线性稳定性分析

4.1复杂转子系统动力学模型

4.2系统运动方程线性化

4.3求解静平衡点

4.4广义反迭代方法

4.5算例与讨论

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果