滑動軸承非線性軸心軌跡的瞬態(tài)與周期特性研究.pdf

1、軸心軌跡是滑動軸承工作狀態(tài)的綜合反映。通過軸心軌跡，可以確定軸承的回轉(zhuǎn)精度和最小油膜厚度，判斷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和軸承設(shè)計參數(shù)的合理性；通過控制可以實現(xiàn)具有特殊用途的期望軸心軌跡。本課題針對滑動軸承的復(fù)雜受力狀態(tài)，開展非線性軸心軌跡的瞬變及周期特性研究，對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的精度和穩(wěn)定性控制及期望軸心軌跡的實現(xiàn)具有重要意義。
　　 首先，基于軸頸慣性力、非線性油膜力和動載荷之間的平衡，建立了滑動軸承軸心軌跡的非線性分析模型。同時，為便于比較

2、，根據(jù)油膜力線性化方法，建立了軸心在平衡位置附近作小位移渦動的線性分析模型。
　　 其次，提出了非線性軸心軌跡的位置配置計算方法。步驟是：由初始條件，先求解該瞬時軸心位置的Reynolds方程，根據(jù)油膜壓力分布積分得到油膜合力，然后求解運動方程，得到軸心的瞬時加速度，再由歐拉方法計算出軸心的下一個位置參數(shù)，如此循環(huán)迭代，直到得到完整的軸心軌跡。
　　 接著研究了階躍、矩形脈沖、正弦脈沖和三角脈沖復(fù)雜載荷作用下，軸心軌跡的

3、瞬態(tài)特性、最大油膜壓力及最小油膜厚度等主要參數(shù)的變化規(guī)律，分析比較了四種載荷對主要參數(shù)的影響。軸承在穩(wěn)定工作而受到瞬變載荷作用時，主要參數(shù)都有較大的變化。時域中變化劇烈的階躍和矩形脈沖載荷，比正弦脈沖和三角脈沖載荷對軸心軌跡及主要參數(shù)的影響大。由于脈沖載荷的作用時間有限，隨著其消失，軸心乃收斂于原平衡位置，而階躍載荷則使軸心收斂于新的平衡位置。
　　 研究了不平衡旋轉(zhuǎn)載荷作用下，軸心軌跡的周期特性，分析比較了在小不平衡載荷作用下

4、軸心軌跡非線性分析與線性分析之間的誤差，即軸心軌跡中心的位置誤差與位移幅值誤差。當(dāng)不平衡載荷較小時，可以作為小擾動載荷處理，軸心軌跡的非線性分析可以用線性分析代替，二者誤差較小。
　　 當(dāng)不平衡載荷增大時，軸心軌跡的中心偏離原平衡位置向軸承中心移動，且渦動位移隨載荷非線性增大，軸心軌跡的非線性分析與線性分析之間的誤差增大。對軸心軌跡特性及動態(tài)油膜力進(jìn)行了頻譜分析，表明軸心位移及油膜力不僅包含基頻成分，而且包含二倍頻及三倍頻等高頻

5、成分，且基頻力隨不平衡載荷的增加具有明顯的線性增加特征。
　　 基于非線性軸心軌跡和油膜合力的頻譜特征，提出了大擾動不平衡載荷作用下軸心軌跡的準(zhǔn)線性分析方法：將油膜力基頻部分表示為位移、速度的線性函數(shù)，采用LMS方法識別出一組當(dāng)量剛度和當(dāng)量阻尼系數(shù)，再以此剛度、阻尼系數(shù)和載荷對軸心軌跡進(jìn)行準(zhǔn)線性分析。比較了非線性分析與準(zhǔn)線性分析的誤差，完全能夠滿足工程要求。用準(zhǔn)線性分析代替非線性分析，可大大減少計算時間。
　　 研究了不

6、平衡載荷與階躍載荷對軸心臨界渦動軌跡的影響。不平衡載荷的存在，使臨界轉(zhuǎn)速降低，臨界渦動提前，半頻渦動和基頻渦動同時存在。不平衡載荷小時以半頻渦動為主，不平衡載荷大時以基頻渦動為主。只有不平衡載荷在一定范圍時，軸心渦動軌跡才為“內(nèi)8形”。當(dāng)軸承處于臨界渦動時，如果給軸施加一個階躍載荷，可以調(diào)整軸心的工作位置，抑制臨界渦動的發(fā)生。
　　 最后，根據(jù)非圓軸心軌跡的應(yīng)用要求，研究了橢圓軸心軌跡的成形方法。建立了軸心預(yù)定軌跡計算模型，計算

7、了軸心同步進(jìn)動時，實現(xiàn)不同軸心軌跡所需的控制力，并比較了“期望軌跡”與“檢驗軌跡”之間的誤差。從控制力的波形看，圓軌跡所需的控制力優(yōu)于橢圓軌跡的控制力。從“期望軌跡”與“檢驗軌跡”的誤差看，圓軌跡的誤差小于橢圓軌跡的誤差。相比同步正進(jìn)動，軸心作同步反進(jìn)動時，軸心軌跡的抗擾動能力強(qiáng)，即使在臨界轉(zhuǎn)速時，“檢驗軌跡”都能較好地復(fù)現(xiàn)“期望軌跡”。
　　 論文詳細(xì)地研究了滑動軸承非線性軸心軌跡的瞬態(tài)和周期特性，揭示了軸心軌跡變化的內(nèi)在規(guī)律