【摘要】：擠壓油膜阻尼器是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中常用的一種減振裝置,位于軸承與軸承座之間,在間隙中充滿滑油以吸收振動(dòng)能量。與其它阻尼結(jié)構(gòu)相比具有體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn),但同時(shí)油膜力與軸頸速度和位移呈非線性關(guān)系,對(duì)參數(shù)設(shè)計(jì)要求較高,在相關(guān)研究中多次報(bào)告系統(tǒng)出現(xiàn)“雙穩(wěn)態(tài)”突跳、非協(xié)調(diào)響應(yīng)以及與故障并發(fā)的概周期甚至混沌運(yùn)動(dòng)等。目前其參數(shù)設(shè)計(jì),基本上采用試算方法或?qū)嶒?yàn)方法,缺乏從機(jī)理分析上得到合理參數(shù)的手段,并且對(duì)于擠壓油膜阻尼器與其它非線性因素耦合問(wèn)題的研究及各類復(fù)雜現(xiàn)象與參數(shù)間的關(guān)系也有待進(jìn)一步挖掘。因此,從理論上研究參數(shù)與非線性現(xiàn)象之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,深入討論擠壓油膜阻尼器在多種情況下的減振性能,抑制有害非線性行為,具有重要理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文通過(guò)建立不同類型的擠壓油膜阻尼器-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型,從機(jī)理上分析系統(tǒng)的分岔特性,在此基礎(chǔ)上研究包含擠壓油膜阻尼器的雙頻激勵(lì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、參數(shù)激勵(lì)與外激勵(lì)聯(lián)合作用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性特征。具體研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾方面:建立擠壓油膜阻尼器-剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)模型,采用短軸承理論的雷諾邊界條件的油膜力模型,針對(duì)其使用平均法近似解析分析,得到分岔方程,并進(jìn)行奇異性分析,得到解曲線局部拓?fù)湫螒B(tài)各不相同的三種分岔模式,分別對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)響應(yīng)中的正常運(yùn)動(dòng)、“雙穩(wěn)態(tài)”運(yùn)動(dòng)以及無(wú)法通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的情況,轉(zhuǎn)遷集成為參數(shù)平面上對(duì)應(yīng)于不同運(yùn)動(dòng)行為的邊界,對(duì)于設(shè)計(jì)合理參數(shù)提供了有價(jià)值的方法。進(jìn)一步,研究了在流體慣性作用下的擠壓油膜阻尼器-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性,發(fā)現(xiàn)其分岔模式與前述相同,流體慣性作用對(duì)滯后集曲線有明顯的影響,但隨著軸承參數(shù)的降低,這種影響越來(lái)越小,低于一定程度時(shí),流體慣性力的定性影響幾乎可以忽略,而定量的影響只存在于共振峰尖點(diǎn)處。在內(nèi)共振分析中發(fā)現(xiàn)了軟硬剛度共存的耦合現(xiàn)象。研究了雙頻外激勵(lì)作用下擠壓油膜阻尼器-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性行為,采用偽弧長(zhǎng)延拓與二維諧波平衡法相結(jié)合的方式,與時(shí)域積分方法綜合運(yùn)用,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在從周期解到概周期解突跳現(xiàn)象。根據(jù)分岔分析將其歸為兩種類型:一種為非線性系統(tǒng)中較為常見(jiàn)的鞍結(jié)分岔,另一種為周期解先通過(guò)二次Hopf分岔失穩(wěn)演變?yōu)樾≌穹胖芷谶\(yùn)動(dòng),然后進(jìn)入對(duì)應(yīng)的頻率區(qū)間內(nèi)另一大振幅的概周期解,引發(fā)跳躍現(xiàn)象。頻率比變化對(duì)系統(tǒng)非線性特性影響敏感,使得高階模態(tài)共振表現(xiàn)為軟特性、軟硬共存交叉特性和硬特性的不同形式,甚至在某些頻率比下系統(tǒng)會(huì)改變周期解的穩(wěn)定性。通過(guò)調(diào)整擠壓油膜阻尼器參數(shù),如增大流體粘度或減小油膜間隙可以改善系統(tǒng)的振動(dòng)行為,抑制突跳現(xiàn)象的發(fā)生,但在某些頻率比情況下作用不明顯,因此頻率比也是控制系統(tǒng)振動(dòng)行為的一個(gè)關(guān)鍵因素。考慮偏心外激勵(lì)與軸承通頻參激共同作用下,軸承與擠壓油膜阻尼器兩種非線性因素耦合對(duì)系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)中由于多激勵(lì)的共同作用,在激勵(lì)頻率變化范圍內(nèi),除了各階主共振區(qū)間之外,還存在著通過(guò)頻率共振區(qū)間,通過(guò)頻率的1/2亞諧共振區(qū)間,二階主共振的1/2亞諧共振區(qū)間以及若干概周期區(qū)間,這些頻率區(qū)間均可能出現(xiàn)跳躍行為。隨著軸承滾珠數(shù)目增多,通過(guò)頻率共振區(qū)間及其1/2亞諧共振區(qū)間的幅值降低,跳躍現(xiàn)象消失,并且體現(xiàn)出滾珠數(shù)奇數(shù)情況比偶數(shù)情況使系統(tǒng)更加穩(wěn)定的特點(diǎn)。擠壓油膜阻尼器對(duì)通過(guò)頻率共振區(qū)間影響不明顯,但對(duì)于主共振區(qū)間減振作用明顯,大部分概周期響應(yīng)退化為周期運(yùn)動(dòng)。通過(guò)聯(lián)合調(diào)節(jié)滾珠數(shù)目變化和擠壓油膜阻尼器參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)抑制系統(tǒng)多個(gè)共振區(qū)間的失穩(wěn),防止有害非線性現(xiàn)象的發(fā)生。建立中介軸承連接的雙轉(zhuǎn)子-擠壓油膜阻尼器模型,研究中介軸承游隙變化及擠壓油膜阻尼器分布對(duì)系統(tǒng)的影響。中介軸承的非線性因素,使得系統(tǒng)中出現(xiàn)了組合頻率共振,隨著游隙的增大,組合共振越發(fā)明顯。在共振峰處,水平與豎直方向等效剛度相等,并與幅頻曲線變化一致,而對(duì)于非共振情況,豎直方向等效剛度變化趨勢(shì)與幅頻曲線相反,并大于水平方向的等效剛度。擠壓油膜阻尼器的安裝位置對(duì)不同振型的減振效果不同,安裝于低壓軸前支點(diǎn)可對(duì)二階共振起主要減振作用,安裝于低壓軸后支點(diǎn)可對(duì)一階共振起主要減振作用,安裝于高壓軸前支點(diǎn)起到輔助減振作用,不同位置、數(shù)量的配合可以起到聯(lián)合減振效果。為保證減振效果,擠壓油膜阻尼器安裝位置以選擇某階振型的最大位移支點(diǎn)以及軸承半徑較大的支點(diǎn)為宜。本文為評(píng)估擠壓油膜阻尼器合理工作參數(shù),及其在各類系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù),對(duì)避免系統(tǒng)中出現(xiàn)跳躍等有害非線性行為具有一定的理論指導(dǎo)意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V231.9;O322

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本文編號(hào)：2283768