箔片轴承转子系统的非线性动力学特性研究

摘要

气体箔片轴承是一种性能良好的气体动压轴承,但是由于箔片轴承结构较复杂,其动静态特性的求解也更加复杂,计算比较耗时。针对目前常用的弱耦合解法存在计算效率低、耗时长的问题,基于同步求解原理,开发一种计算效率较高的强耦合解法。使用有限差分法计算雷诺方程得到气膜压力分布,将波箔片简化为弹簧模型,然后建立考虑气膜压力、转子运动和箔片变形的箔片轴承转子系统状态方程,实现同步求解。使用该模型对轴承转子系统的动力学特性进行探究,改变转速、转子质量和名义间隙等参数,绘制了转子轨迹图,分析其频谱。仿真结果表明:随着转子转速和质量的增加,系统的稳定性下降;名义间隙过小时,系统变得不稳定,当其增大到某一值时,再增加名义间隙对系统稳定性影响不大。相比传统的弱耦合求解方法,强耦合解法能够进一步提升计算速度和提高计算精度,为箔片轴承的设计和性能预测提供了研究工具。