油润滑波箔片轴承—转子系统动力特性研究

作     者：曾泽祥 

作者单位：厦门理工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：李胜波;白凤民

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：油润滑 波箔片轴承 高速转子 油膜振荡 动力特性 

摘      要：随着旋转机械的转速越来越高,对转子支承系统提出了更高的要求,而箔片轴承由于其箔片的结构和材料属性使其具有较好的弹性支承性能、一定的自动调节性与防外界干扰性,相较于一般滑动轴承其环境适宜能力强,在高速运行下动态性能优异,在高速转子系统中得到越来越广泛的应用。目前,国内外学者对箔片轴承的研究大多以气体润滑为主,对油润滑箔片轴承的研究并不多见,油润滑相较于气体润滑更适用于高速重载等恶劣工作环境,为满足油润滑轴承工作环境的需求,本文提出一种以润滑油作为润滑介质的波箔片轴承。该轴承是由四叶平箔片和四叶波纹箔片组合支承,结合了叶片型箔片轴承和波箔型箔片轴承的结构形式,具有拆装方便,维护简单和承载力高等优点,并开展了以高速润滑油为介质的波箔片轴承—转子系统动力特性研究。本文设计了四叶结构型波箔片轴承,确定了其轴瓦、箔片、轴承座等元件的结构参数,选取了65Mn制备箔片,制定了箔片的加工工艺,完成了油润滑波箔片轴承的制备。建立了平箔片和波纹箔片组合受载变形模型,计算得到了支承箔片负载与箔片变形量之间的关系。建立了波箔片轴承—转子系统的有限元模型,得到了转子的Campbell图、模态振型、临界转速等动态特性数值。研究了波箔片轴承支承刚度和阻尼与转子系统动力特性之间的关系。搭建了波箔片轴承—高速转子实验台,对刚性多油楔滑动轴承和波箔片轴承进行了动力实验研究,分别获得了轴承—转子系统的振动波形、轴心轨迹、频谱等系统动力特性曲线。对刚性多油楔滑动轴承和波箔片轴承实验结果对比分析,实验结果表明,波箔片轴承支承的转子能够稳定通过自身临界转速,并在升速过程中保持振幅处于较低值;波箔片轴承支承能够有效抑制高速运转时转子的油膜涡动及进而引发的油膜振荡等动态失稳问题,使高速转子系统稳定运行。实验对比了不同轴向长度和成型工艺的箔片轴承支承性能,实验结果表明箔片的轴向长度与成型工艺对轴承的支承性能有直接的影响,较长的箔片轴向长度和成型刚度较大的箔片成型工艺有助于提高波箔片轴承的支承性能。本文为油润滑波箔片轴承的实际应用奠定了理论与实验基础。