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1、滑動軸承油膜力近似解析模型研究及軸系動力穩(wěn)定性分析STUDYONAPPROXIMATEANALYTICALMODELFORFLUIDFILMFORCEOFFINITELENGTHJOURNALBEARINGANDDYNAMICSTABILITYOFROTORBEARINGSYSTEM王永亮2011年12月國內(nèi)圖書分類號：TK261學校代碼：10213國際圖書分類號：621.1密級：公開工學博士學位論文滑動軸承油膜力近似解析模型研究及軸系動力穩(wěn)定性分析博士研究生：王永亮導師：黃洪雁教授副導師：劉占生教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：動力機械及工程所在單位：能源科學與工程學院答辯日期：2011年
2、12月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TK261U.D.C.:621.1DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONAPPROXIMATEANALYTICALMODELFORFLUIDFILMFORCEOFJOURNALBEARINGANDDYNAMICSTABILITYOFROTORBEARINGSYSTEMCandidate:WangYongLiangSupervisor:Prof.HuangHongYanAssociateSupervisor:Prof.LiuZhanshengAcademicDeg
3、reeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceEngineeringDateofDefense:Dec,2011Degree-Offering-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要對于滑動軸承支撐的現(xiàn)代大型旋轉(zhuǎn)機械，隨著其運行和設(shè)計參數(shù)向大功率、高參數(shù)方向發(fā)展，其核心部件轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的非線性動力學特性越來越突出。而滑動軸承的油膜力模型是對軸系進行非線性動力學特性分析的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，其
4、準確性和可靠性直接關(guān)系到軸系動力學特性的正確性。本文分別提出了全圓瓦、兩油槽橢圓瓦和四瓦塊可傾瓦滑動軸承的有限長軸承油膜力近似解析模型，并理論和實驗研究了這三種型式軸承支撐下軸系的非線性動力學特性。主要研究如下：(1)針對全圓徑向滑動軸承，基于周向動態(tài)π油膜邊界條件，提出利用分離變量法對Reynolds方程進行求解，以獲得全圓瓦軸承油膜壓力分布近似解析模型，進而對油膜域內(nèi)壓力進行積分得到有限長全圓瓦滑動軸承油膜力表達式。對比分析本文模型與長軸承、短軸承、有限差分法模型，結(jié)果表明本文模型能夠在較寬長徑比范圍能更精確地描述圓瓦軸承油膜特性。利用本文模型對剛性轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)進行動力學特性分析，仿真
5、結(jié)果驗證了本文模型的有效性和高效性。(2)在全圓滑動軸承油膜力研究基礎(chǔ)上，根據(jù)兩油槽橢圓瓦軸承油膜邊界條件，建立了有限長橢圓瓦軸承油膜力近似解析模型。通過與有限差分法模型、長軸承模型、短軸承模型對比，結(jié)果表明：本文提出的橢圓瓦油膜力模型具有較廣適應性和較高計算精度的特點。基于所提出的模型，利用Runge-Kutta法分析了剛性轉(zhuǎn)子-橢圓瓦軸承系統(tǒng)的動力學特性，仿真結(jié)果表明，該模型能夠較好描述橢圓瓦軸承油膜動力特性。(3)通過研究可傾瓦軸承瓦塊擺動幾何關(guān)系，基于分離變量法建立了有限長軸承油膜壓力模型及瓦塊力矩平衡方程，進而獲得了瓦塊擺角與軸承參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。最后以瓦塊包角為80°、支點偏移
6、量為0.5的四瓦塊可傾瓦軸承為研究對象，計算分析其瓦塊的擺動特性。理論推導表明，瓦塊靜平衡擺角只與瓦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)、軸頸相對瓦塊偏心率，間隙比有關(guān)，而與軸頸轉(zhuǎn)速、油膜粘度等無關(guān)。數(shù)值仿真結(jié)果表明，當瓦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時，瓦塊擺角隨原始偏心率增大呈先增大后減小趨勢，而隨軸承間隙比增大呈線性增加趨勢。研究結(jié)果為建立工程實用的可傾瓦軸承非線性油膜力模型提供了理論依據(jù)。(4)對可傾瓦單瓦塊油膜動力特性進行分析，建立了局部坐標下單瓦油膜力模型，分析了局部坐標與全局坐標關(guān)系，進而建立了四瓦可傾瓦滑動軸-I-哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文承非線性油膜力模型。通過對油膜壓力分布分析，以及將本文模型與有限差分法模型
7、進行對比，并分析四瓦可傾瓦滑動軸承支撐下剛性轉(zhuǎn)子的動力學特性，驗證了本文模型的正確性和可靠性。(5)建立了600MW汽輪機組高中壓轉(zhuǎn)子?；瘜嶒炁_動力學模型，并基于本文提出的兩油槽圓瓦、橢圓瓦和四瓦可傾瓦滑動軸承非線性油膜力模型，分別研究了三種型式軸承支撐下的軸系的響應特性和穩(wěn)定性。同時通過不同油膜力支撐下實際軸系非線性動力學特性計算分析，驗證了本文提出的油膜力在分析軸系非線性動力學特性時的高效性和可靠性。(6
