滑动轴承油膜力近似解析模型研究及轴系动力稳定性分析.pdf

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1、滑动轴承油膜力近似解析模型研究及轴系动力稳定性分析STUDYONAPPROXIMATEANALYTICALMODELFORFLUIDFILMFORCEOFFINITELENGTHJOURNALBEARINGANDDYNAMICSTABILITYOFROTORBEARINGSYSTEM王永亮2011年12月国内图书分类号：TK261学校代码：10213国际图书分类号：621.1密级：公开工学博士学位论文滑动轴承油膜力近似解析模型研究及轴系动力稳定性分析博士研究生：王永亮导师：黄洪雁教授副导师：刘占生教授申请学位：工学博士学科、专业：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2011年

2、12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK261U.D.C.:621.1DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONAPPROXIMATEANALYTICALMODELFORFLUIDFILMFORCEOFJOURNALBEARINGANDDYNAMICSTABILITYOFROTORBEARINGSYSTEMCandidate:WangYongLiangSupervisor:Prof.HuangHongYanAssociateSupervisor:Prof.LiuZhanshengAcademicDeg

3、reeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceEngineeringDateofDefense:Dec,2011Degree-Offering-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要对于滑动轴承支撑的现代大型旋转机械，随着其运行和设计参数向大功率、高参数方向发展，其核心部件转子-轴承系统的非线性动力学特性越来越突出。而滑动轴承的油膜力模型是对轴系进行非线性动力学特性分析的关键和基础，其

4、准确性和可靠性直接关系到轴系动力学特性的正确性。本文分别提出了全圆瓦、两油槽椭圆瓦和四瓦块可倾瓦滑动轴承的有限长轴承油膜力近似解析模型，并理论和实验研究了这三种型式轴承支撑下轴系的非线性动力学特性。主要研究如下：(1)针对全圆径向滑动轴承，基于周向动态π油膜边界条件，提出利用分离变量法对Reynolds方程进行求解，以获得全圆瓦轴承油膜压力分布近似解析模型，进而对油膜域内压力进行积分得到有限长全圆瓦滑动轴承油膜力表达式。对比分析本文模型与长轴承、短轴承、有限差分法模型，结果表明本文模型能够在较宽长径比范围能更精确地描述圆瓦轴承油膜特性。利用本文模型对刚性转子-轴承系统进行动力学特性分析，仿真

5、结果验证了本文模型的有效性和高效性。(2)在全圆滑动轴承油膜力研究基础上，根据两油槽椭圆瓦轴承油膜边界条件，建立了有限长椭圆瓦轴承油膜力近似解析模型。通过与有限差分法模型、长轴承模型、短轴承模型对比，结果表明：本文提出的椭圆瓦油膜力模型具有较广适应性和较高计算精度的特点。基于所提出的模型，利用Runge-Kutta法分析了刚性转子-椭圆瓦轴承系统的动力学特性，仿真结果表明，该模型能够较好描述椭圆瓦轴承油膜动力特性。(3)通过研究可倾瓦轴承瓦块摆动几何关系，基于分离变量法建立了有限长轴承油膜压力模型及瓦块力矩平衡方程，进而获得了瓦块摆角与轴承参数之间的函数关系。最后以瓦块包角为80°、支点偏移

6、量为0.5的四瓦块可倾瓦轴承为研究对象，计算分析其瓦块的摆动特性。理论推导表明，瓦块静平衡摆角只与瓦块结构参数、轴颈相对瓦块偏心率，间隙比有关，而与轴颈转速、油膜粘度等无关。数值仿真结果表明，当瓦块结构参数一定时，瓦块摆角随原始偏心率增大呈先增大后减小趋势，而随轴承间隙比增大呈线性增加趋势。研究结果为建立工程实用的可倾瓦轴承非线性油膜力模型提供了理论依据。(4)对可倾瓦单瓦块油膜动力特性进行分析，建立了局部坐标下单瓦油膜力模型，分析了局部坐标与全局坐标关系，进而建立了四瓦可倾瓦滑动轴-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文承非线性油膜力模型。通过对油膜压力分布分析，以及将本文模型与有限差分法模型

7、进行对比，并分析四瓦可倾瓦滑动轴承支撑下刚性转子的动力学特性，验证了本文模型的正确性和可靠性。(5)建立了600MW汽轮机组高中压转子模化实验台动力学模型，并基于本文提出的两油槽圆瓦、椭圆瓦和四瓦可倾瓦滑动轴承非线性油膜力模型，分别研究了三种型式轴承支撑下的轴系的响应特性和稳定性。同时通过不同油膜力支撑下实际轴系非线性动力学特性计算分析，验证了本文提出的油膜力在分析轴系非线性动力学特性时的高效性和可靠性。(6