考虑楔形间隙效应的油膜阻尼器支承性质分析

支承部件对高速旋转机械的稳定性有着重要影响。合理设计、优化系统的支承部件是保证、提升稳定性的可靠手段。油膜阻尼器是一类结构简单、功能可靠的旋转机械支承部件,能够有效实现系统刚度系数、阻尼系数等支承参数的设计方案。与常规滑动轴承轴颈的运动形式不同,油膜阻尼器的阻尼体通常绕其支点作“圆锥摆”形式的涡动,即阻尼体径向位移与切向速度沿其轴向呈线性分布,导致阻尼介质在阻尼体与外壳之间形成油膜厚度沿轴向线性分布的楔形间隙,进而造成阻尼器与轴承在油膜力及支承参数性质上的差异。因此,计算、设计油膜阻尼器的支承参数时,考虑楔形间隙效应的影响是必要的。本文首先对描述油膜压强分布的经典Reynolds方程做出了修正,推导了考虑楔形间隙时方程的具体形式。接着,采用基于超松弛迭代法(SOR)的有限差分法(FDM)对修正方程进行了数值求解。通过与ANSYS Fluent计算结果及已有实验结果进行对比,验证了计算结果的合理性。最后,借助数值积分与回归分析的计算工具,求得了阻尼器支承参数的函数表达形式及相应的线性化数值。计算结果表明,分析油膜阻尼器的支承性质时,考虑楔形间隙效应的影响是必要的。通过采用基于修正Reynolds方程的数值计算工具,能够提升计算效率,并为阻尼器性能的分析及优化提供理论参考。

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。

挤压油膜阻尼器动力学特性试验

为了研究非定心挤压油膜阻尼器(Squeeze Film Damper,SFD)的阻尼特性,为进一步优化SFD提供设计参考依据,开展非定心SFD的动力学试验,将供油压力与供油孔作为试验变量,基于多功能高速转子试验台,对小型具有不同不平衡量的转子开展SFD阻尼特性研究,分别考察在不同不平衡量、不同供油压力与供油孔数下转子不同位置临界转速与基频振动的变化,试验结果表明:通过改变不平衡量、供油压力与供油孔,转子的响应也会随之改变,对于具有大不平衡量的转子,供油压力在0.35 MPa、供油孔为均布6孔时,SFD具有较好的阻尼特性,同比所作试验该工况下转子的基频振动幅值最小。

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%。

电控单体泵电磁阀内阻尼油膜的挤压流动分析

电磁阀是决定所有电控燃油喷射系统性能的关键部件,其阻尼系统参数影响电磁阀的动态响应特性。为此运用平行平板间缝隙流动基本理论对存在于电磁阀衔铁和电磁铁之间的阻尼油膜进行了简化分析。计算结果与有限元方法对比,两者的相对误差只有2%。在此基础上进行了仿真分析,研究了各结构参数对衔铁阻尼特性的影响,为衔铁的设计和参数的匹配提供了依据。

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研究

研究了弹性环式挤压油膜阻尼器（ＥＲＳＦＤ）减振机理，以ＥＲＳＦＤ和转子轴颈的受力和运动分析为基础，从广义不可压Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程出发建立ＥＲＳＦＤ减振机理模型，推导出了描述ＥＲＳＦＤ减振机理模型的微分方程，并由ＥＲＳＦＤ与ＳＦＤ的减振机理模型分析了它们各自的特点，指出了ＳＦＤ仅是ＥＲＳＦＤ的特殊情形。ＥＲＳＦＤ既有优良的减振特性又有很好的调频功能。

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。

基于两端开口的有限长挤压油膜阻尼器的试验研究

推导了有限长挤压油膜阻尼器阻尼系数的理论计算公式,利用脉冲激励法对两端开口的挤压油膜阻尼器进行了实验研究,通过对实验测量值与理论值的对比分析,得出影响挤压油膜阻尼器阻尼效果的参数和条件。研究表明,供油方式、供油压力均对挤压油膜阻尼器的阻尼效果具有一定的影响,且脉冲激励法更适用于阻尼系数较小的阻尼器。

弹性环式挤压油膜阻尼器实验研究与应用

实验证实了弹性环式挤压油膜阻尼器（ＥＲＳＦＤ）的油膜阻尼的存在，并研究了ＥＲＳＦＤ的减振、调频特性。将ＥＲＳＦＤ应用于某核心机减振、调频，其效果很好，ＥＲＳＦＤ在某核心机上获得成功应用。实验和应用研究表明ＥＲＳＦＤ有优良的减振、调频性能。

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。

挤压油膜阻尼器油膜阻尼系数识别及分析

为了进行挤压油膜阻尼器油膜阻尼系数识别的实验研究,首先,利用信号发生器和功率放大器对双向激励实验器进行激振;然后,借助阻抗头获得激励和响应数据;最后,基于机械阻抗原理,通过最小二乘法拟合,得到挤压油膜阻尼器的油膜阻尼系数。通过改变油膜宽度和油膜间隙,研究不同挤压油膜阻尼器参数对油膜阻尼的影响。研究结果表明,随着油膜宽度的线性增大,油膜阻尼呈现非线性增大的趋势。可以通过增大油膜宽度和油膜阻尼,来提高阻尼器的减振性能。随着油膜间隙的线性增大,油膜阻尼呈现非线性减小的趋势,减振性能下降。

新型可动外环挤压油膜阻尼器减振特性研究

提出了一种新型可动外环挤压油膜阻尼器（ＭＲＳＦＤ），并从理论和实验上研究了ＭＲＳＦＤ对刚性转子系统稳态运转时的振动控制能力，结果表明，与传统挤压油膜阻尼器（ＳＦＤ）相比，ＭＲＳＦＤ能明显抑制双稳态跳跃等非线性振动现象的发生，具有良好减振特性。

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。

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。

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。

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。

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 。

带有弹性支承与挤压油膜阻尼器的高速传动试验台

在18.0 kr/min轻型超临界运转的、干运行气体机械密封(DGS)的传动试验台转子系统上,设计了带有弹性支承与挤压油膜阻尼器的控振装置、其中对所选择的鼠笼式弹性支承与无限短挤压油膜的特性以及转子系统的瞬态响应进行了理论分析。近三年的运行与测试显示其具有着卓越的动力性能,特别是在启停过程中系统没有发生双稳态的不稳定及锁闭现象。