螺旋油楔滑动轴承轴心轨迹的计算与测试

摘要

旋转机械的轴心轨迹作为转子-轴承系统振动状态的一类重要图形征兆,是滑动轴承工作状态的综合反映。通过轴心轨迹可以确定轴承在工作时任(一)瞬时的油膜形状和最小油膜厚度,清楚的反映轴承的润滑状况,判定轴承工作的可靠性,确定实现轴承液体润滑条件下所必须的最小间隙与精度及润滑油粘度,确定轴承合适的进油孔位置,分析与鉴别轴承故障等。因此,在滑动轴承的研究中,轴心轨迹的研究占据着十分重要的位置,是轴承润滑分析的基础。本课题结合一种新型螺旋油楔滑动轴承支撑的转子-轴承系统,建立了非线性轴心轨迹的计算模型、计算了螺旋油楔滑动轴承和普通圆轴承在不同转速下的轴心轨迹,并对轴心轨迹激振实验进行了仿真。
　　 首先,基于轴颈惯性力、非线性油膜力和动载荷之间的平衡关系,建立了滑动轴承-转子系统的运动方程,并基于非线性理论,采用轴心位置配置技术,建立了滑动轴承轴心轨迹的非线性计算模型,计算出了轴承的非线性轴心轨迹。同时,为便于比较,根据油膜力线性化方法,建立了轴心在平衡位置附近作小位移涡动的线性分析模型,应用偏导数法计算了轴心在平衡位置时油膜的刚度、阻尼系数,再根据线性油膜刚度、阻尼系数计算了线性轴心轨迹。
　　 其次,计算了螺旋角β=0.1～0.9时,螺旋油楔轴承在n=6000r/min的轴心轨迹,得到了轴心在静平衡位置的各项数据。通过比较这些数据,分析了螺旋角对轴心轨迹的影响;计算了转速不同时的轴心轨迹,得到了轴承系统的临界转速,并分析比较了不同转速下滑动轴承轴心轨迹的特征;最后通过频谱分析比较了螺旋油楔轴承和普通圆轴承分别在各自的临界转速下轴心轨迹的特征。
　　 再次,针对螺旋油楔和圆轴承两种不同结构的轴承,对比分析了正弦激振力作用下两种轴承的轴心轨迹特征。分别研究了正弦载荷激励下系统的动力学过程和正弦激励条件下系统的共振现象,采用MATLAB仿真计算得到了正弦载荷作用下系统的幅频特性曲线和共振频率。
　　 最后,在滑动轴承实验台上获得实际的轴心轨迹。依据实验步骤测试得到实际的轴心位移数据;通过对实测信号进行FFT并分析,提取有用信号,画出实际轴心轨迹的图形;利用实验数据所做出的实际轨迹与本文理论计算得到的轴心轨迹进行了对比分析。结果表明采用本文的研究方法得到的计算结果与实验结果一致。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 滑动轴承研究现状

1．2．1 流体润滑理论研究

1．2．2 滑动轴承结构研究

1．2．3 新结构滑动轴承的主要类型

1．3 滑动轴承轴心轨迹研究状况

1．4 课题研究内容与研究方案

第2章 非线性轴心轨迹计算模型

2．1 轴承转子系统结构

2．2 计算模型的建立

2．2．1 油膜厚度模型

2．2．2 层流工况雷诺方程

2．2．3 雷诺方程的边界条件

2．2．4 雷诺方程的求解

2．2．5 油膜合力的计算

2．2．6 非线性轴心轨迹运动方程

2．2．7 非线性轴心轨迹计算的欧拉方法

2．3 非线性轴心轨迹的计算

2．3．1 轴承基本参数

2．3．2 非线性轴心轨迹计算步骤

2．3．3 非线性轴心轨迹计算实例

2．4 轴心轨迹线性分析

2．4．1 线性化油膜力

2．4．2 线性轴心轨迹运动方程

2．4．3 轴承动特性系数计算

2．4．4 线性轴心轨迹计算实例

2．5 本章小结

第3章 转速和螺旋角对轴心轨迹的影响

3．1 引言

3．2 转速相同时螺旋角对螺旋槽轴承轴心轨迹的影响

3．3 不同转速时的非线性轴心轨迹

3．4 临界转速时非线性轴心轨迹特征分析((L)(τ)=0)

3．4．1 螺旋槽轴承(β=0．5)

3．4．2 圆轴承

3．5 本章小结

第4章 轴心轨迹激振实验仿真

4．1 引言

4．2 频响函数的概念

4．3 频响特性测试的基本原理

4．4 正弦激振力作用下系统响应特性的仿真

4．4．1 轴承-转子系统的动态特性

4．4．2 正弦载荷作用下系统的共振、非共振情况分析

4．5 本章小结

第5章 螺旋油槽滑动轴承轴心轨迹的实验研究

5．1 实验设备

5．2 位移传感器的标定

5．3 实验测试系统框图及实验步骤

5．4 实验数据的采集、处理与分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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