【摘要】：擠壓油膜阻尼器是航空發(fā)動機中常用的一種減振裝置,位于軸承與軸承座之間,在間隙中充滿滑油以吸收振動能量。與其它阻尼結(jié)構(gòu)相比具有體積小、質(zhì)量輕的特點,但同時油膜力與軸頸速度和位移呈非線性關(guān)系,對參數(shù)設(shè)計要求較高,在相關(guān)研究中多次報告系統(tǒng)出現(xiàn)“雙穩(wěn)態(tài)”突跳、非協(xié)調(diào)響應(yīng)以及與故障并發(fā)的概周期甚至混沌運動等。目前其參數(shù)設(shè)計,基本上采用試算方法或?qū)嶒灧椒?缺乏從機理分析上得到合理參數(shù)的手段,并且對于擠壓油膜阻尼器與其它非線性因素耦合問題的研究及各類復(fù)雜現(xiàn)象與參數(shù)間的關(guān)系也有待進一步挖掘。因此,從理論上研究參數(shù)與非線性現(xiàn)象之間的對應(yīng)關(guān)系,深入討論擠壓油膜阻尼器在多種情況下的減振性能,抑制有害非線性行為,具有重要理論價值和現(xiàn)實意義。本文通過建立不同類型的擠壓油膜阻尼器-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型,從機理上分析系統(tǒng)的分岔特性,在此基礎(chǔ)上研究包含擠壓油膜阻尼器的雙頻激勵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、參數(shù)激勵與外激勵聯(lián)合作用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性特征。具體研究內(nèi)容主要包括以下幾方面:建立擠壓油膜阻尼器-剛性轉(zhuǎn)子的動力學(xué)模型,采用短軸承理論的雷諾邊界條件的油膜力模型,針對其使用平均法近似解析分析,得到分岔方程,并進行奇異性分析,得到解曲線局部拓撲形態(tài)各不相同的三種分岔模式,分別對應(yīng)于系統(tǒng)響應(yīng)中的正常運動、“雙穩(wěn)態(tài)”運動以及無法通過臨界轉(zhuǎn)速的情況,轉(zhuǎn)遷集成為參數(shù)平面上對應(yīng)于不同運動行為的邊界,對于設(shè)計合理參數(shù)提供了有價值的方法。進一步,研究了在流體慣性作用下的擠壓油膜阻尼器-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性,發(fā)現(xiàn)其分岔模式與前述相同,流體慣性作用對滯后集曲線有明顯的影響,但隨著軸承參數(shù)的降低,這種影響越來越小,低于一定程度時,流體慣性力的定性影響幾乎可以忽略,而定量的影響只存在于共振峰尖點處。在內(nèi)共振分析中發(fā)現(xiàn)了軟硬剛度共存的耦合現(xiàn)象。研究了雙頻外激勵作用下擠壓油膜阻尼器-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性行為,采用偽弧長延拓與二維諧波平衡法相結(jié)合的方式,與時域積分方法綜合運用,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在從周期解到概周期解突跳現(xiàn)象。根據(jù)分岔分析將其歸為兩種類型:一種為非線性系統(tǒng)中較為常見的鞍結(jié)分岔,另一種為周期解先通過二次Hopf分岔失穩(wěn)演變?yōu)樾≌穹胖芷谶\動,然后進入對應(yīng)的頻率區(qū)間內(nèi)另一大振幅的概周期解,引發(fā)跳躍現(xiàn)象。頻率比變化對系統(tǒng)非線性特性影響敏感,使得高階模態(tài)共振表現(xiàn)為軟特性、軟硬共存交叉特性和硬特性的不同形式,甚至在某些頻率比下系統(tǒng)會改變周期解的穩(wěn)定性。通過調(diào)整擠壓油膜阻尼器參數(shù),如增大流體粘度或減小油膜間隙可以改善系統(tǒng)的振動行為,抑制突跳現(xiàn)象的發(fā)生,但在某些頻率比情況下作用不明顯,因此頻率比也是控制系統(tǒng)振動行為的一個關(guān)鍵因素。考慮偏心外激勵與軸承通頻參激共同作用下,軸承與擠壓油膜阻尼器兩種非線性因素耦合對系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)中由于多激勵的共同作用,在激勵頻率變化范圍內(nèi),除了各階主共振區(qū)間之外,還存在著通過頻率共振區(qū)間,通過頻率的1/2亞諧共振區(qū)間,二階主共振的1/2亞諧共振區(qū)間以及若干概周期區(qū)間,這些頻率區(qū)間均可能出現(xiàn)跳躍行為。隨著軸承滾珠數(shù)目增多,通過頻率共振區(qū)間及其1/2亞諧共振區(qū)間的幅值降低,跳躍現(xiàn)象消失,并且體現(xiàn)出滾珠數(shù)奇數(shù)情況比偶數(shù)情況使系統(tǒng)更加穩(wěn)定的特點。擠壓油膜阻尼器對通過頻率共振區(qū)間影響不明顯,但對于主共振區(qū)間減振作用明顯,大部分概周期響應(yīng)退化為周期運動。通過聯(lián)合調(diào)節(jié)滾珠數(shù)目變化和擠壓油膜阻尼器參數(shù)可以實現(xiàn)抑制系統(tǒng)多個共振區(qū)間的失穩(wěn),防止有害非線性現(xiàn)象的發(fā)生。建立中介軸承連接的雙轉(zhuǎn)子-擠壓油膜阻尼器模型,研究中介軸承游隙變化及擠壓油膜阻尼器分布對系統(tǒng)的影響。中介軸承的非線性因素,使得系統(tǒng)中出現(xiàn)了組合頻率共振,隨著游隙的增大,組合共振越發(fā)明顯。在共振峰處,水平與豎直方向等效剛度相等,并與幅頻曲線變化一致,而對于非共振情況,豎直方向等效剛度變化趨勢與幅頻曲線相反,并大于水平方向的等效剛度。擠壓油膜阻尼器的安裝位置對不同振型的減振效果不同,安裝于低壓軸前支點可對二階共振起主要減振作用,安裝于低壓軸后支點可對一階共振起主要減振作用,安裝于高壓軸前支點起到輔助減振作用,不同位置、數(shù)量的配合可以起到聯(lián)合減振效果。為保證減振效果,擠壓油膜阻尼器安裝位置以選擇某階振型的最大位移支點以及軸承半徑較大的支點為宜。本文為評估擠壓油膜阻尼器合理工作參數(shù),及其在各類系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù),對避免系統(tǒng)中出現(xiàn)跳躍等有害非線性行為具有一定的理論指導(dǎo)意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：V231.9;O322

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