自适应挤压油膜阻尼器减振机理研究

提出了一种带有金属橡胶外环的自适应挤压油膜阻尼器ASFD MRR(AdaptiveSqueezeFilmDamperwithMetalRubberouter Ring) ,它利用环形金属橡胶的弹性变形来调整油膜间隙 ,以达到油膜阻尼器最佳的减振效果 ,所进行的实验研究表明 :对ASFD MRR减振机理的理论预测和实验结果具有良好的一致性 ,该阻尼器在优化设计下 ,油膜间隙可以得到良好的控制 ,能明显抑制非线性振动现象的发生 。

弹性环挤压油膜阻尼器支撑下的柔性转子系统动力学分析

弹性环挤压油膜阻尼器(Elastic ring squeeze film damper, ERSFD)具有良好的支撑作用和减振效果,但由于其结构和流场耦合行为极为复杂,使得已有的物理模型难以完整表现出ERSFD的力学特性.为了进一步探究ERSFD的力学机理,本文借助有限元仿真平台,采用双向流固耦合的计算方法,剖析弹性环与油膜之间的相互作用,获取ERSFD中油膜压力的分布规律.在此基础上,利用最小二乘法进一步拟合出ERSFD等效刚度、等效阻尼与转子轴颈扰动位移的映射关系,并将其分别引入柔性转子系统动力学模型中.通过数值计算研究了ERSFD支撑下柔性转子系统的振动响应,分别给出了不同转速下转子系统的响应分岔图、轴心轨迹等.同时,通过对比分析,进一步揭示了ERSFD所诱发出的转子系统丰富的非线性动力学行为,有助于对ERSFD轴承支撑特性的理解.

弹性环式挤压油膜阻尼器一体化圆柱滚子轴承保持架振动特性分析

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分析模型,对外圈带ERSFD的圆柱滚子轴承保持架振动特性和打滑率进行研究。研究结果表明:与未装配ERSFD的圆柱滚子轴承相比,ERSFD可以提高圆柱滚子轴承保持架的稳定性。过大或过小的弹性环凸台数量与宽度都不利于圆柱滚子轴承保持架的稳定性,需要选择合适的凸台数量和宽度。径向载荷与转速对带弹性环的圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著,保持架涡动频率的谐波次数随着径向载荷的增加而减少,其对应的幅值也减小;保持架涡动频率的谐波次数随着转速的增加而增加,其对应幅值也增加。

考虑弹性环变形的挤压油膜阻尼器-转子系统动力响应仿真方法

为了研究弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)对转子-支承系统动力特性的影响,基于阻尼器的流固耦合交互作用,提出了考虑弹性环变形的转子系统动力学响应仿真方法。针对流固耦合特性仿真,固体域采用有限元法计算弹性环变形,流体域采用有限差分法计算油膜压力分布。将阻尼器的动力学系数引入转子系统,采用扫频法求解系统运动方程,最终得到转子系统的稳态动力响应。研究结构参数对ERSFD阻尼系数的影响发现,油膜阻尼与偏心率、轴向长度正相关,而与凸台高度、凸台个数负相关;凸台宽度在4~12 mm内存在最优值,使得油膜阻尼最大。基于参数影响规律改进阻尼器结构,并应用到转子系统后开展仿真分析。结果表明:ERSFD能够提供较大的油膜阻尼,通过降低支承外传力使得盘处的振幅减小。改进后的ERSFD阻尼更大,盘处一阶减振幅度从28%显著提升至41%。

挤压油膜阻尼器高速永磁电机转子动力学分析及优化设计

为了抑制转子在高速旋转时的振动,研究了挤压油膜阻尼器对转子振动抑制的作用,分析了阻尼器转子不同参数下的临界转速、转子振幅以及支撑反力,采用多目标优化进行了参数设计。首先,分析了转子左右支撑等效刚度与阻尼对转子动力学特性的灵敏度。其次,在选定阻尼器内环半径后,分别研究了阻尼器间隙、阻尼器长度、滑油黏度、鼠笼支撑刚度与轴承刚度对转子动力学特性的影响。最后,选定了阻尼器间隙、鼠笼支撑刚度与轴承刚度作为优化变量,通过拉丁超立方采样使用四次多项式建立了转子临界转速、转子振幅和支撑反力的响应面模型,采用非支配排序遗传算法(NSGN-Ⅱ)得到优化方案,进行有限元仿真验证。优化后转子的临界转速得以提高,支撑反力和振动幅值都有所减小。

薄环-紊动射流小孔挤压油膜阻尼器压力特性

为研究单层弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)的油膜压力特性,建立薄环-紊动射流小孔模型。通过平面薄环弯曲理论和普朗特边界层理论分别计算弹性环变形和阻尼孔出口净流速;分析弹性环柔度、阻尼孔直径及进动角变化对油膜压力特性的影响,并开展外腔油膜压力多转速测量试验。结果表明:外腔油膜压力随弹性环柔度的减小而下降,但随阻尼孔直径的减小而增加;对于内腔油膜压力,阻尼孔直径的影响与外腔相似,但减小弹性环柔度导致压力增加。试验表明,外腔油膜压力在不同转速下均同步方位角周期变化,而高转速时,压力幅值略有增加。

基于整体式挤压油膜阻尼器的离心水泵传动轴减振研究

针对离心水泵传动轴的振动问题,提出了运用整体式挤压油膜阻尼器(ISFD)减小水泵传动轴振动的方法。对设计的ISFD的刚度和阻尼系数进行了仿真计算,并根据刚性支承和ISFD支承的动力学特征对离心泵传动轴进行了仿真分析;搭建了模拟水泵工作环境的试验台,通过对比水泵轴承座分别安装刚性支承和ISFD阻尼支承来分析整个系统的振动特性。结果表明,ISFD有着良好的阻尼减振性能,对于传动轴的高频外传力振动有着明显的抑制效果;在不同转速条件下,ISFD都能对振动有着良好的抑制效果,加速度降幅在50%以上,能够有效抑制水泵传动轴的振动。

高速电机转子挤压油膜阻尼器方案对比分析

本文以高速电机转子的挤压油膜阻尼器为研究对象,开展挤压油膜阻尼器不同支承方案的刚度和阻尼的对比研究。分析了不同偏心率下不同挤压油膜阻尼器结构方案的刚度和阻尼大小。分析高度电机在不同支承刚度和阻尼下的一阶二阶模态振型和不平衡响应。研究表明短轴承理论和纯挤压结构方案的阻尼受偏心率影响较大,而长轴承方案受偏心率影响较小。不同挤压油膜阻尼器的阻尼大小不同,但并未影响到转子临界转速。

同心与非同心挤压油膜阻尼器减振特性对比试验研究

针对某小型涡扇发动机低压转子的减振设计问题,开展同心与非同心挤压油膜阻尼器(SFD)的减振特性对比试验研究。设计了与发动机低压转子主体结构和动力特性一致的低压模拟转子,在高速旋转试验器上,分别对带同心SFD与非同心SFD的低压模拟转子进行全转速范围内的动力特性试验,研究了油膜供油压力与不平衡量大小对SFD减振特性的影响。结果表明:非同心SFD会使转子系统临界转速降低;油膜供油压力对非同心SFD减振特性的影响比同心SFD更显著;同心SFD可承受比非同心SFD更大的转子不平衡量,但在较小的不平衡量范围内,非同心SFD的减振效果更好。

弹性环式挤压油膜阻尼器加载及动力特性试验装置研究

在分析弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)实际工况基础上,设计了能够精准控制动静载荷加载的ERSFD试验系统,搭建了ERSFD加载及动力特性试验装置;并针对某型ERSFD开展了试验测试,考察分析了弹性环的变形状况。结果表明,该试验装置能够拟合ERSFD实际工况下的载荷、变形和运动状况,可以满足ERSFD的弹性环疲劳寿命及动力学特性试验研究需求。

弹性环式挤压油膜阻尼器动力设计方法

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)与传统挤压油膜阻尼器(SFD)相比,在动力特性方面具有一定的特色.以燃气涡轮发动机用ERSFD为对象,基于有限元挤压油膜理论对ERSFD的弹性环支承刚度、油膜压力场分布和油膜阻尼等特性进行了研究.根据ERSFD的结构特点,利用有限元法分析其动力特性不仅具有模型简单、计算量小的优点,而且能考虑到各种复杂的边界条件及封严装置.研究结果表明,本计算方法和结果可以作为ERSFD结构优化的依据.与SFD(Squeeze Film Damper)相比,ERSFD具有分段式油膜间隙,可利用弹性环的弹性变形来调整油膜间隙,将油膜间隙控制在一个合适的范围内,从而有效地避免传统SFD在一定工作条件下的非线性振动现象的发生.

弹性环式挤压油膜阻尼器减振机理初探

弹性环挤压油膜阻尼器是一种新型的旋转机械支点阻尼器,其良好的减振特性,能够有效地对转子-支承系统振动进行控制。本文通过对ERSFD动力特性的理论和试验研究,初步从三个方面获得了减振机理:油膜阻尼吸收部分振动能量;弹性环凸台接触状态能控制支点刚度,从而调整临界转速,减小振动峰值;弹性环通过变形储存部分振动能量并缓慢释放。

新型挤压油膜阻尼器油膜压力特性分析

利用达朗贝尔原理,建立了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器转子系统的运动方程,得到了相对偏心率的数学表达式;通过对比分析传统挤压油膜阻尼器与新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的油膜压力分布特性,证明了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的油膜刚度在较大的偏心率范围内基本呈线性变化,解决了传统挤压油膜阻尼器所存在的油膜刚度高度非线性的问题。

非线性挤压油膜阻尼器-转子系统周期解的分叉及稳定性分析

应用油膜力数据库方法获得非线性油膜力 ,采用非线性动力系统的稳定性及分叉理论对非线性挤压油膜阻尼器 转子系统非线性动力特性、非协调运动及周期解分叉的稳定性进行了分析。揭示了SFD 转子系统在特定参数范围内存在系统亚谐波、概周期和混沌等非协调运动 ,及从同步周期运动分叉发生一系列倍周期运动、最后导致转子 轴承系统混沌运动的过程。数值计算得到了SFD 转子系统发生周期解分叉时的分叉点、分叉图及周期解分叉而失稳的 3种情况 :即鞍结分叉、Hopf分叉及倍周期分叉。最后采用Floquet理论对SFD 转子系统的稳定性进行了分析。研究结果为实际SFD 转子系统的设计和研究提供了理论依据。

故障转子挤压油膜阻尼器减振特性实验

针对航空发动机转子常见的两种故障模式碰摩和不对中,实验研究挤压油膜阻尼器分别对上述两种故障引发的振动的抑制效果。在转子实验器上分别模拟碰摩故障和不对中故障,并测试使用挤压油膜阻尼器前后故障转子振动特征的变化。实验结果表明,碰摩故障导致转子振动一阶反进动和一阶进动比增大,不对中故障导致转子振动二倍频增大;对于碰摩故障,挤压油膜阻尼器可以有效减小涡轮盘处振动和弹支辐条的应变,但对压气机盘减振失效;对于不对中故障,挤压油膜阻尼器可以减小转子振动,对于二倍频振动幅值的抑制尤为明显。

带弹性支承的挤压油膜阻尼器转子响应与分叉

研究了弹性支承下的挤压油膜阻尼器(SFD)转子系统的非线性响应,及其响应的分叉情况。推导了弹性支承、带挤压油膜阻尼器的单盘转子系统的运动微分方程。提出了一种通过求解微扰方程的数值解来计算F loquet乘子的新方法,用来分析转子系统周期解的稳定性,并判断周期解发生分叉的类型。由数值仿真的结果可以看出,响应的分叉主要为鞍结分叉与二次Hopf分叉;支承刚度对油膜力与轴承响应影响很大,支承刚度过大时会引起SFD的油膜涡动。

机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

飞机飞行时,航空发动机的故障对于飞机的安全性有着重要影响。针对这个问题,基于Lagrange方程,建立了飞机在空间进行机动飞行时发动机转子系统的动力学模型;同时基于库伦定律,建立了转子碰摩故障模型;基于雷诺方程,建立了挤压油膜阻尼器的模型;对模型进行综合建模,得到不同机动飞行条件下转子-滚动轴承-挤压油膜阻尼器(SFD)系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到不同机动飞行状态下碰摩故障状态的系统振动响应,得到了不同机动飞行状态下碰摩故障转子系统的运动分岔图,同时利用典型转速(1 400rad/s,2 000rad/s)下转子系统的频谱图、庞加莱图、时域图和轴心轨迹图研究系统的动力学特性。研究结果表明:在高转速下,SFD能够显著提高系统的稳定性,抑制系统的非线性特征,但是在低转速下可能损害系统稳定性;不同机动飞行状态下,SFD对于转子系统非线性特征的影响大小也不同。

挤压油膜阻尼器转子系统非线性动力特性分析

为了对挤压油膜阻尼器 (SFD) 转子系统非线性动力特性进行分析 ,提出了油膜力数据库方法 ,即将挤压油膜阻尼器轴颈沿径向和周向的速度变化范围从 (-∞ ,+∞ )转化到 (- 1,+ 1) ,给定阻尼器的长径比 ,用有限差分法建立了挤压油膜阻尼器轴颈在各离散运动状态下的油膜力数据库 ,直接或通过插值求得对应运动状态下的非线性油膜力 ,从而有效地解决了非线性油膜力的快速计算问题。实际算例计算结果表明 ,该方法无论在速度还是在精度上都能满足要求 ,对实际转子系统的动力特性分析及优化设计具有一定的应用价值。

挤压油膜阻尼器油膜周向惯性速度的分布

针对挤压油膜阻尼器(SFD)长轴承模型,根据含有流体惯性项的Navier-Stokes方程建立了油膜周向惯性速度的模型,并通过数值计算验证了模型的正确性。油膜惯性速度模型的分析结果表明,当油膜雷诺数Re小于2时,可忽略油膜惯性对油膜周向速度分布的影响,但随着Re值的增大,即转子速度的升高,这种忽略将增大油膜动力参数的分析误差。本文建立的SFD长轴承油膜周向惯性速度模型为深入研究油膜惯性对油膜动力参数的影响奠定了基础。

挤压油膜阻尼器-碰摩转子系统的非线性特性研究

本文研究了挤压油膜阻尼器 (SFD)支承的单盘转子系统的碰摩特性。研究发现系统响应不再具有典型的“碰摩分叉” ,系统在高转速区以拟周期的方式进入混沌而在低转速区则有多种进入混沌的通道。系统一周内的碰摩次数与系统的分叉状态无关。系统有三条通向混沌的道路 :1.倍周期分叉通向混沌 ;2 .阵发性通向混沌 ;3 .拟周期通向混沌。