軸心軌跡是滑動(dòng)軸承工作狀態(tài)的綜合反映。通過軸心軌跡,可以確定軸承的回轉(zhuǎn)精度和最小油膜厚度,判斷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和軸承設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性；通過控制可以實(shí)現(xiàn)具有特殊用途的期望軸心軌跡。本課題針對(duì)滑動(dòng)軸承的復(fù)雜受力狀態(tài),開展非線性軸心軌跡的瞬變及周期特性研究,對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的精度和穩(wěn)定性控制及期望軸心軌跡的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。 首先,基于軸頸慣性力、非線性油膜力和動(dòng)載荷之間的平衡,建立了滑動(dòng)軸承軸心軌跡的非線性分析模型。同時(shí),為便于比較,根據(jù)油膜力線性化方法,建立了軸心在平衡位置附近作小位移渦動(dòng)的線性分析模型。 其次,提出了非線性軸心軌跡的位置配置計(jì)算方法。步驟是：由初始條件,先求解該瞬時(shí)軸心位置的Reynolds方程,根據(jù)油膜壓力分布積分得到油膜合力,然后求解運(yùn)動(dòng)方程,得到軸心的瞬時(shí)加速度,再由歐拉方法計(jì)算出軸心的下一個(gè)位置參數(shù),如此循環(huán)迭代,直到得到完整的軸心軌跡。 接著研究了階躍、矩形脈沖、正弦脈沖和三角脈沖復(fù)雜載荷作用下,軸心軌跡的瞬態(tài)特性、最大油膜壓力及最小油膜厚度等主要參數(shù)的變化規(guī)律,分析比較了四種載荷對(duì)主要參數(shù)的影響。軸承在穩(wěn)定工作而受到瞬變載荷作用時(shí),主要參數(shù)都有較大的變化。時(shí)域中變化劇烈的階躍和矩形脈沖載荷,比正弦脈沖和三角脈沖載荷對(duì)軸心軌跡及主要參數(shù)的影響大。由于脈沖載荷的作用時(shí)間有限,隨著其消失,軸心乃收斂于原平衡位置,而階躍載荷則使軸心收斂于新的平衡位置。 研究了不平衡旋轉(zhuǎn)載荷作用下,軸心軌跡的周期特性,分析比較了在小不平衡載荷作用下軸心軌跡非線性分析與線性分析之間的誤差,即軸心軌跡中心的位置誤差與位移幅值誤差。當(dāng)不平衡載荷較小時(shí),可以作為小擾動(dòng)載荷處理,軸心軌跡的非線性分析可以用線性分析代替,二者誤差較小。 當(dāng)不平衡載荷增大時(shí),軸心軌跡的中心偏離原平衡位置向軸承中心移動(dòng),且渦動(dòng)位移隨載荷非線性增大,軸心軌跡的非線性分析與線性分析之間的誤差增大。對(duì)軸心軌跡特性及動(dòng)態(tài)油膜力進(jìn)行了頻譜分析,表明軸心位移及油膜力不僅包含基頻成分,而且包含二倍頻及三倍頻等高頻成分,且基頻力隨不平衡載荷的增加具有明顯的線性增加特征。 基于非線性軸心軌跡和油膜合力的頻譜特征,提出了大擾動(dòng)不平衡載荷作用下軸心軌跡的準(zhǔn)線性分析方法：將油膜力基頻部分表示為位移、速度的線性函數(shù),采用LMS方法識(shí)別出一組當(dāng)量剛度和當(dāng)量阻尼系數(shù),再以此剛度、阻尼系數(shù)和載荷對(duì)軸心軌跡進(jìn)行準(zhǔn)線性分析。比較了非線性分析與準(zhǔn)線性分析的誤差,完全能夠滿足工程要求。用準(zhǔn)線性分析代替非線性分析,可大大減少計(jì)算時(shí)間。 研究了不平衡載荷與階躍載荷對(duì)軸心臨界渦動(dòng)軌跡的影響。不平衡載荷的存在,使臨界轉(zhuǎn)速降低,臨界渦動(dòng)提前,半頻渦動(dòng)和基頻渦動(dòng)同時(shí)存在。不平衡載荷小時(shí)以半頻渦動(dòng)為主,不平衡載荷大時(shí)以基頻渦動(dòng)為主。只有不平衡載荷在-定范圍時(shí),軸心渦動(dòng)軌跡才為“內(nèi)8形”。當(dāng)軸承處于臨界渦動(dòng)時(shí),如果給軸施加一個(gè)階躍載荷,可以調(diào)整軸心的工作位置,抑制臨界渦動(dòng)的發(fā)生。 最后,根據(jù)非圓軸心軌跡的應(yīng)用要求,研究了橢圓軸心軌跡的成形方法。建立了軸心預(yù)定軌跡計(jì)算模型,計(jì)算了軸心同步進(jìn)動(dòng)時(shí),實(shí)現(xiàn)不同軸心軌跡所需的控制力,并比較了“期望軌跡”與“檢驗(yàn)軌跡”之間的誤差。從控制力的波形看,圓軌跡所需的控制力優(yōu)于橢圓軌跡的控制力。從“期望軌跡”與“檢驗(yàn)軌跡”的誤差看,圓軌跡的誤差小于橢圓軌跡的誤差。相比同步正進(jìn)動(dòng),軸心作同步反進(jìn)動(dòng)時(shí),軸心軌跡的抗擾動(dòng)能力強(qiáng),即使在臨界轉(zhuǎn)速時(shí),“檢驗(yàn)軌跡”都能較好地復(fù)現(xiàn)“期望軌跡”。 論文詳細(xì)地研究了滑動(dòng)軸承非線性軸心軌跡的瞬態(tài)和周期特性,揭示了軸心軌跡變化的內(nèi)在規(guī)律,為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的精度、穩(wěn)定性控制及期望軸心軌跡的實(shí)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。 需要指出的是,論文建立的非線性軸心軌跡計(jì)算模型,提出的非線性軸心軌跡計(jì)算方法,并未涉及具體的軸承結(jié)構(gòu),因而適用于所有滑動(dòng)軸承,包括靜壓軸承和動(dòng)靜壓軸承。 本課題為國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目課題(項(xiàng)目編號(hào)：50275089,51075242)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH133.31

【引證文獻(xiàn)】

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1 陳淑江;螺旋油楔滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑機(jī)理的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];山東大學(xué);2007年

2 楊瑩;螺旋油楔滑動(dòng)軸承空穴特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];山東大學(xué);2010年

3 彭暢;旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸承振動(dòng)信號(hào)分析方法研究[D];重慶大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 馬向偉;螺旋槽動(dòng)壓推力軸承動(dòng)態(tài)特性分析及參數(shù)優(yōu)化[D];山東大學(xué);2014年

2 林祿生;液體動(dòng)靜壓軸承動(dòng)力特性與油膜穩(wěn)定性分析[D];湖南大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2824210