整體式擠壓油膜阻尼器研究畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、<p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p>　　論文題目：整體式擠壓油膜阻尼器研究</p><p>　　學(xué)院名稱：機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：過程裝備與控制工程</p><p><b>　　學(xué)生姓名

2、：</b></p><p><b>　　導(dǎo)師姓名： </b></p><p>　　開題日期：2015年1月29日</p><p>　考核成績</p><p>　審核小組成員以及職稱姓 名職 稱</p><p><b>　　一、題目背景和意義</b>&l

3、t;/p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是：整體式擠壓油膜阻尼器研究。自從第一篇有關(guān)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的論文由Rankine[1]發(fā)表以來，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)作為動(dòng)力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支得到了極大的發(fā)展?，F(xiàn)代動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展呈現(xiàn)出大功率、高效率、高穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢(shì)，而隨著航空業(yè)和機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、大功率汽輪大電機(jī)及離心壓縮機(jī)的核心部件都是由軸承支撐的高速轉(zhuǎn)子組成。而在高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，振動(dòng)的影響無疑是最大的。由于轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸和

4、軸承系統(tǒng)的壽命決定了整臺(tái)機(jī)械的壽命，因而轉(zhuǎn)子系統(tǒng)也是決定產(chǎn)品性能、可靠性和結(jié)構(gòu)完整性的重要因素[2]。在工程實(shí)踐上，應(yīng)用阻尼減振器不失為一種很好的辦法。目前，在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上應(yīng)用最廣泛的阻尼減振器就是基于擠壓油膜應(yīng)力設(shè)計(jì)的擠壓油膜阻尼器（Squeeze Film Damper），簡(jiǎn)稱SFD。</p><p>　　SFD 減振技術(shù)于1962 年問世，英國Rolls Royce公司的 S.Cooper 發(fā)表了在實(shí)驗(yàn)研究方

5、面的成就，沒多久便在Conway發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了成功地使用，并取得了良好的減振效果。從此之后，SFD的研究和應(yīng)用便獲得了快速的發(fā)展[3]。SFD軸承作為一種新型減振阻尼器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間少、易制造、減振效果顯著等特點(diǎn)，因而應(yīng)用范圍越來越廣泛。</p><p>　　該種阻尼器具有內(nèi)外兩層油膜, 由彈性環(huán)的凸臺(tái)分割成多個(gè)油腔, 內(nèi)外油膜通過彈性環(huán)上的滲油孔連通, 阻尼器端面帶有封油膠圈, 防止滑油從端面大量泄漏

6、。轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí), 通過擠壓內(nèi)外兩層油膜, 獲得阻尼從而減小振動(dòng)[4]。但是，我們發(fā)現(xiàn)了SFD在應(yīng)用中存在的許多問題。其中對(duì)SFD性能研究影響最大的就是轉(zhuǎn)子-SFD系統(tǒng)非線性問題，而影響轉(zhuǎn)子-SFD系統(tǒng)的線性和非線性因素較多，對(duì)SFD軸承結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化也是改善非線性問題的方法之一。本文將以工程應(yīng)用為背景，對(duì)SFD發(fā)展過程中出現(xiàn)的不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣性以及各種結(jié)構(gòu)對(duì)SFD性能的影響做出對(duì)比舉例，分析不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非線性的原因，分析非線性現(xiàn)象對(duì)SFD的

7、影響。其中，以對(duì)最新的整體式擠壓油膜阻尼器（ISFD）的研究為重點(diǎn)。</p><p>　　擠壓油膜阻尼器有同心型和非同心型兩類。后者無定心彈簧, 阻尼器造價(jià)低, 占空間小,在相同工作條件下減振特性優(yōu)于前者。但是, 這種阻尼器通常使得轉(zhuǎn)子中心渦動(dòng)軌道不是同心圓, 因而在理論處理上比較復(fù)雜[5]。</p><p><b>　　二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p>

8、<p>　　在對(duì)SFD的研究中，我們發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)比較重要的問題：</p><p><b>　　1.雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象</b></p><p>　　雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象是 SFD 支承的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)所具有的一個(gè)重要特征，它影響著轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的安全運(yùn)行，許多學(xué)者對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高過某一轉(zhuǎn)速后，在同一轉(zhuǎn)速下，可出現(xiàn)多個(gè)軸頸偏心率的值[6]。文獻(xiàn)[7]、[8]采用協(xié)調(diào)

9、圓響應(yīng)的假設(shè)，對(duì) SFD 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及雙穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并得出了發(fā)生雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象時(shí)的參數(shù)條件。文獻(xiàn)[9]則分析了SFD的流體慣性力對(duì)系統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響，并得出了結(jié)論：流體慣性力對(duì)系統(tǒng)在亞臨界及超臨界的雙穩(wěn)態(tài)情況下具有明顯的抑制作用的。通過研究，我們已經(jīng)得到了以下結(jié)論：1.帶擠壓油膜阻尼器轉(zhuǎn)子如參數(shù)匹配不當(dāng)或不平衡力較大, 容易出現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象；2 . 轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性發(fā)生跳變時(shí), 偏心率、傳遞率與落后相角均同時(shí)發(fā)生跳變；3 . 軸承

10、參數(shù)過小或(和) 不平衡偏心比過大容易發(fā)生雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。同樣B 值發(fā)生雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象時(shí), 不平衡偏心比U 越高, 升速時(shí)偏心率下跳的轉(zhuǎn)速也越高；4適當(dāng)選擇軸承參數(shù)B 和控制轉(zhuǎn)子不平衡量可在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)避免出現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象具體設(shè)計(jì)中可通過適當(dāng)選取阻尼器長度、間隙和彈性支承剛性來增大阻尼器軸承參數(shù)B[10] 。</p><p><b>　　2.非線性現(xiàn)象</b></p><p>

11、;　　轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題絕大多數(shù)是非線性問題。幾十年前人們已經(jīng)從油膜渦動(dòng)現(xiàn)像中觀察到了系統(tǒng)的非同步振動(dòng)，到了80年代和90年代，非協(xié)調(diào)響應(yīng)、雙穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和擬周期運(yùn)動(dòng)成為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力特性的主要研究內(nèi)容，尤其在對(duì)SFD的研究中發(fā)現(xiàn)了大量的非線性現(xiàn)象，人們注意到在一些情況下非線性系統(tǒng)與其線性化系統(tǒng)有著本質(zhì)的差別[11]。</p><p>　　非線性現(xiàn)象有以下幾個(gè)研究方向：跳躍現(xiàn)象、雙線性彈簧的非線性和空穴現(xiàn)象。對(duì)非線性

12、的研究，首先借助Reynolds方程導(dǎo)出擠壓油膜的壓力分布,然后采用二系數(shù)法分析擠壓油膜阻尼器的非線性特性。擠壓油膜阻尼器所產(chǎn)生的油膜力是一個(gè)高度非線性的力由于客觀存在著軌道偏置,剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)都不是常值, 而是非線性變化的, 且隨著軌道偏置和扁圓的加劇而變得愈加嚴(yán)重.理論分析和實(shí)例計(jì)算的結(jié)果都表明:它的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)都是非線性變化的, 是一個(gè)高度非線性的元件, 用二系數(shù)法對(duì)其進(jìn)行線性化會(huì)產(chǎn)生很大的誤差[12]。由于實(shí)際應(yīng)用中非

13、線性動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜性，特別是對(duì)于高維系統(tǒng)，目前尚沒有完善的計(jì)算分析方法，大多數(shù)有關(guān)非線性動(dòng)力特性的文獻(xiàn)都是在解析方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力特性分析中，軸承油膜力是主要的非線性因素，確定油膜力都采用長軸承或者短軸承、“π”油膜邊界假設(shè)，然后通過分部積分求出油膜力的解析表達(dá)式[13]。但在實(shí)際工程中，大多數(shù)非線性因素很難有解析表達(dá)式，而必須借助數(shù)值方法確定。同時(shí)，對(duì)于實(shí)際 SFD 多盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究很少看到，現(xiàn)有研究距離指導(dǎo)

14、實(shí)際工程設(shè)計(jì)還有很多工作要做[14]。</p><p>　　文獻(xiàn)[15]通過油膜力數(shù)據(jù)庫方法和短軸承理論在各種情況下對(duì)阻尼器非線性進(jìn)行分析后得出各情況下非線性精度與特性。描述SFD力學(xué)特性的理論模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差甚大, 說明了現(xiàn)行的SFD 理論模型已不能很好地描述實(shí)際的SFD的動(dòng)力特性SDF 內(nèi)油膜是可壓縮流體, 其物理特性是可變的[16]。</p><p><b>　　3.主要

15、結(jié)構(gòu)及特性</b></p><p>　　SFD自發(fā)展以來出現(xiàn)了以下幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)：無定心彈支SFD(非同心型SFD)、O型環(huán)SFD、鼠籠支撐SFD、整體式支撐SFD(ISFD)。</p><p>　　非同心型SFD由于由于沒有定心彈支，故沒有靜載能力，它雖然避免了同心型SFD已出現(xiàn)疲勞的弊端，但該結(jié)構(gòu)在未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸承外環(huán)沉在底部，隨著轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)子軸迅速被抬起，由于沒有支撐彈簧與轉(zhuǎn)

16、子重力相互抵消，易出現(xiàn)響應(yīng)非協(xié)調(diào)[2]；O型環(huán)SFD的優(yōu)點(diǎn)來源于它非常簡(jiǎn)單，易于制造，并且能夠把阻尼器放進(jìn)很小的外殼中。相對(duì)較低的徑向空間要求，也使它成為機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)改造現(xiàn)有機(jī)械的首選方法.但是這個(gè)設(shè)計(jì)的不足之處在于，通過彈性材料，只能獲得一定范圍內(nèi)的剛度。在材料差異、溫度、頻率和時(shí)間等因素對(duì)彈性材料性能的影響下，要準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)剛度是很困難的，同時(shí)O型環(huán)設(shè)計(jì)也容易發(fā)生蠕變；鼠籠支撐SFD廣泛的應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)中。大部分大型航空燃?xì)廨啓C(jī)至少要

17、使用一個(gè)這種阻尼器，在許多情況下，一個(gè)引擎要使用兩到三個(gè)這種阻尼器。它的優(yōu)點(diǎn)在于易于剛度建模，而且非線性程度比前述兩種SFD要低。它的缺點(diǎn)在于鼠籠式成型定心彈支阻尼器通常需要它自身長度三到四倍的軸向空間來安裝鼠籠式彈支，鼠籠式彈支也使得阻尼器端部密封的設(shè)計(jì)和組裝復(fù)雜化。</p><p>　　整體式支撐SFD作為最新的SFD結(jié)構(gòu)，是以扇形區(qū)域分割油膜，阻尼器下半邊區(qū)域的扇形所承受的轉(zhuǎn)子自重，通過加工可以用于抵消轉(zhuǎn)子

18、自重引起的偏斜。這樣的結(jié)構(gòu)可以有助于吸收沖擊載荷、高邊緣載荷以及由于穿越臨界速度和葉片損失導(dǎo)致的振動(dòng)偏移。這種新型定心彈支擠壓油膜阻尼器不需要占用軸承現(xiàn)有長度以外的軸向空間，且非線性得到了大幅降低[17]。由文獻(xiàn)[18]可知對(duì)ISFD阻尼系數(shù)的預(yù)測(cè)和比較，且ISFD應(yīng)用在噴氣飛機(jī)引擎可以減少重量和長度，定位精確，且易于裝備分散結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)和改造。</p><p><b>　　4.油膜其他特性</b&

19、gt;</p><p>　　在特定模型下計(jì)算得出，模型的參數(shù)分析結(jié)果表明,流體慣性對(duì)油膜速度分布的影響隨雷諾數(shù)的增大而增強(qiáng); 油膜速度隨偏心率的增大而增大[19]。采用ANYSY模擬出進(jìn)口油壓、進(jìn)口油溫、偏心距、軸頸轉(zhuǎn)速對(duì)四瓦可傾瓦軸承油膜特性的影響。結(jié)果表明: 進(jìn)口油壓對(duì)油膜特性影響較小，進(jìn)油溫度、軸頸偏心距、軸頸轉(zhuǎn)速對(duì)汽輪機(jī)可傾瓦油膜特性影響較大，故在運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控這3個(gè)參數(shù)[20]?？紤]慣性力后,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

20、的突加不平衡響應(yīng)特性有明顯的改善,突加不平衡后的瞬態(tài)振幅減小,瞬態(tài)過程縮短,且考慮慣性力后出現(xiàn)非協(xié)調(diào)響應(yīng)的可能性減少,因而在有關(guān)擠壓油膜阻尼器的分析中應(yīng)考慮慣性力的影響[21]</p><p>　　三、主要內(nèi)容與待解決的問題</p><p><b>　　1、前期準(zhǔn)備：</b></p><p>　　（1）上網(wǎng)查閱SFD相關(guān)文獻(xiàn)，了解SFD的種類、

21、各自優(yōu)缺點(diǎn)、當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于SFD的研究方向與進(jìn)展，為后續(xù)工作做鋪墊；</p><p>　?。?）書寫開題報(bào)告，包括題目背景及意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、待解決的問題以及自己后續(xù)的計(jì)劃；</p><p>　?。?）查閱一篇與題目相近的外文文獻(xiàn)，并對(duì)其進(jìn)行翻譯；</p><p>　?。?）將自己所查閱的文獻(xiàn)匯總，編寫文獻(xiàn)綜述。</p><p>　　2、

22、ISFD動(dòng)力特性分析</p><p>　　運(yùn)用理論和半理論分析的手段，結(jié)合阻尼器動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)過程，對(duì)ISFD的工作原理及其理論分析方法開展進(jìn)一步研究。通過計(jì)算機(jī)建模與分析計(jì)算，對(duì)ISFD動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行模擬仿真。</p><p>　　分析理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。</p><p>　　四、設(shè)計(jì)方法與實(shí)施方案</p><p>　

23、　以雷諾方程為基礎(chǔ)，利用長軸承理論Summerfeld 假設(shè)，推導(dǎo)出了軸承油膜力；采用短軸承近似理論Summerfeld 假設(shè)，進(jìn)一步推導(dǎo)了ISFD油膜力。以ISFD轉(zhuǎn)子為研究對(duì)象，對(duì)滑動(dòng)軸承采用長軸承理論，對(duì)ISFD采用短軸承理論，以π油膜假設(shè)為基礎(chǔ)，建立了SFD-滑動(dòng)軸承柔性轉(zhuǎn)子的力學(xué)模型。用數(shù)值方法求解非線性微分方程，求得了系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)</p><p>　　基于有限元法求解擠壓油膜阻尼器的瞬態(tài)雷諾方程：采

24、用伽遼金法將分解后的方程進(jìn)行變分，運(yùn)用有限元方法求解阻尼器的八個(gè)油膜動(dòng)力特性系數(shù)。以某轉(zhuǎn)子—油膜阻尼器系統(tǒng)為對(duì)象，對(duì)比分析了阻尼器油膜動(dòng)態(tài)特性數(shù)值解與短軸承模型近似解對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響，計(jì)算得到轉(zhuǎn)子—擠壓油膜阻尼器系統(tǒng)的幅頻特性曲線，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。</p><p><b>　　五、進(jìn)度計(jì)劃</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)&l

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