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1、轉(zhuǎn)子—?dú)怏w軸承系統(tǒng)振動(dòng)特性的研究THESTUDYOFTHEVIBRATIONCHARACTERISTICSOFROTOR-GASBEARINGSYSTEM劉健2013年6月工學(xué)碩士學(xué)位論文轉(zhuǎn)子—?dú)怏w軸承系統(tǒng)振動(dòng)特性的研究碩士研究生：劉健導(dǎo)師：姚玉峰副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：機(jī)械電子工程所在單位：船舶與海洋學(xué)院答辯日期：2013年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ADissertationfortheDegreeofM.Eng.THESTUDYOFTHEVIBRATIONCHARACTERISTICSOF
2、ROTOR-GASBEARINGSYSTEMCandidate：LiujianSupervisor：AssociateProfessorYaoyufengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolOfNavalArchitectureAndOceanEngineeringDateofDefence：June,2013Degree-Conferring-Ins
3、titution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要靜壓氣體軸承在速度較高的機(jī)械系統(tǒng)上有著非常廣闊的應(yīng)用。具有配合精度較高、不用考慮摩擦功耗、使用壽命長(zhǎng)且內(nèi)部清潔等諸多優(yōu)點(diǎn)，而低承載力、小阻尼是導(dǎo)致氣體軸承應(yīng)用受限的主要原因。轉(zhuǎn)子—?dú)怏w軸承系統(tǒng)有著復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，而動(dòng)力學(xué)研究的核心是獲得氣體軸承的氣膜力。本文首先采用Fluent軟件對(duì)垂直供氣氣體軸承進(jìn)行三維流場(chǎng)仿真，考慮轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、偏心、供氣孔數(shù)量、供氣孔直徑與供氣角度等因素對(duì)氣體軸承壓力分布的影響
4、，得到不同轉(zhuǎn)速和偏心下的氣體軸承的氣膜力。結(jié)果表明：對(duì)于本文研究的靜壓氣體軸承，在數(shù)值計(jì)算中采用SST與層流模型相結(jié)合的計(jì)算方式可以得到較好的收斂結(jié)果；雙排供氣孔下，氣體軸承流場(chǎng)穩(wěn)定與壓力分布均勻，可以得到較為穩(wěn)定的工作環(huán)境。軸承的偏心率、轉(zhuǎn)速、供氣孔數(shù)量、供氣方式、供氣孔直徑大小均對(duì)軸承的氣膜力等特性產(chǎn)生較大影響，需綜合考慮，合理設(shè)計(jì)?？紤]垂直供氣氣體軸承氣膜力，采用有限元法建立了該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型，采用QR分解法求解了氣膜支撐下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速和振型；進(jìn)而采用Newmark逐步積分法計(jì)算了轉(zhuǎn)子
5、結(jié)點(diǎn)的不平衡響應(yīng)，通過(guò)分析轉(zhuǎn)子響應(yīng)的時(shí)間歷程圖、頻譜圖、軸心軌跡圖和幅頻特性曲線，對(duì)比給出了垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的特點(diǎn)。結(jié)果表明3支點(diǎn)轉(zhuǎn)子—?dú)怏w軸承系統(tǒng)對(duì)渦輪端的不平衡量比較敏感，是該轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的重點(diǎn)。搭建垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)轉(zhuǎn)子的模態(tài)固有頻率進(jìn)行了測(cè)試，數(shù)值仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比證實(shí)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎曲臨界轉(zhuǎn)速基本吻合，并對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)研究方案進(jìn)行了分析，為以后深入的實(shí)驗(yàn)研究提供思路。研究結(jié)果對(duì)于氣體軸承設(shè)計(jì)、垂直供氣氣體軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行中的振動(dòng)控制，動(dòng)平衡、故障診斷等具有一定的借鑒意
6、義。關(guān)鍵詞：氣體軸承；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；動(dòng)力學(xué)特性；氣膜力。-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractConsideringthefrictionpower,longlifeandinternalcleaningandmanyotheradvantages,whilethelowcapacity,smalldampingisthemaincauseofthelimitedgasbearingapplication.Rotor-bearingsystemhasacomplexgasdynamics,whi
7、lethedynamicsofthecoreistogetthegasbearinggasfilmforce.ThisarticlefirsttoverticalgasusingFluentsoftwareforthree-dimensionalflowfieldofgasbearingsimulation,consideringthespeedoftherotor,eccentric,forthenumberofpores,porediameterandgaspointforotherfactorson
8、thedistributionofgasbearingpressure,getadifferentspeedandeccentricityofgasbearinggasfilmforce.Theresultsshowthat:Forthisstudyhydrostaticgasbearing,innumericalcalculationsusingSSTmodelwithacombinationoflaminarflowcal
