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气体轴承-转子系统双向流固耦合特性分析及等效气膜厚度的建立与验证
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作者 马文琦 马海龙 +1 位作者 秦雨彬 黄大利 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期98-105,共8页
采用计算流体动力学(CFD)方法对气体轴承-转子系统进行流场特性仿真时,气膜厚度是至关重要的结构参数之一,但零件加工过程中产生的形状、尺寸误差以及系统装配造成的偏差等,会导致实际气膜与理想设计气膜在空间形貌及尺度上存在一定的偏... 采用计算流体动力学(CFD)方法对气体轴承-转子系统进行流场特性仿真时,气膜厚度是至关重要的结构参数之一,但零件加工过程中产生的形状、尺寸误差以及系统装配造成的偏差等,会导致实际气膜与理想设计气膜在空间形貌及尺度上存在一定的偏差,进而影响数值计算结果的可靠性及准确性。为此,该文首先提出了流场有效气膜厚度的概念,通过双向流固耦合数值仿真与实验结果的对比分析及修正,最终确定合理的等效气膜厚度。研究结果表明:采用双向流固耦合数值仿真方法可揭示气膜流场瞬态特性及转子姿态的变化规律,并对气体轴承-转子系统是否能够安全运行进行预判和评估,节省了实验测试成本;采用转子倾斜角作为对比分析特征,为数值仿真结果和实验测试结果之间的系统性能偏差分析提供了直观的参考依据;等效气膜厚度的建立可最大程度上简化数值仿真模型,提高数值仿真效率,同时其结果又具有一定的可靠性;以供气压力0.6 MPa、单边稳态力80 N为例,通过误差分析和逼近,循环建立和修正流固耦合仿真模型中预估的等效气膜厚度,最终将系统倾斜角的相对误差控制在5%以内,极大地提高了数值仿真结果与实际工程系统性能的一致性,进而为气体轴承-转子仿真系统在结构设计、性能预测及评估中的应用提供了可靠方法及依据。 展开更多
关键词 气体轴承-转子系统 双向流固耦合 等效气膜厚度 稳态加载
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基于流固耦合气体轴承-转子系统的动态特性分析
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作者 马海龙 马文琦 +1 位作者 郑少林 秦雨彬 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期65-71,共7页
机床切削过程中所受的切削力可假设为稳态力和动态扰动力的合力,为探究以气体轴承作为支承的电主轴系统的动态特性,以正弦波作为动态扰动加载形式,提出采用简谐激励法与双向流固耦合数值模拟相结合的方法对气体轴承-转子系统的简化模型... 机床切削过程中所受的切削力可假设为稳态力和动态扰动力的合力,为探究以气体轴承作为支承的电主轴系统的动态特性,以正弦波作为动态扰动加载形式,提出采用简谐激励法与双向流固耦合数值模拟相结合的方法对气体轴承-转子系统的简化模型进行动态特性研究;对动刚度和阻尼系数进行辨识,并通过模态分析获得转子不同稳态力下系统振型及固有频率变化规律。研究结果表明:随稳态力的增加,下径向轴承的K_(yy)增长速率大于K_(xx),而交叉刚度和交叉阻尼均几乎不变;下径向轴承的主刚度大于交叉刚度,主阻尼大于交叉阻尼;当稳态力为50~200 N时,转子下端y向偏移均随动态扰动力频率的增加呈现先增大后减小的趋势;系统的共振频率随稳态力的增大而增大。 展开更多
关键词 气体轴承-转子系统 流固耦合 动态特性 模态分析
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气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响 被引量:7
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作者 杨琴 刘宇陆 +1 位作者 张海军 祝长生 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期134-139,共6页
为研究气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响,给出了MEMS气体轴承-转子系统运动方程和MEMS气体轴承的雷诺方程;利用双向隐式差分算法,给出了修正雷诺方程的详细数值求解过程;将转子运动方程与雷诺方程相结... 为研究气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响,给出了MEMS气体轴承-转子系统运动方程和MEMS气体轴承的雷诺方程;利用双向隐式差分算法,给出了修正雷诺方程的详细数值求解过程;将转子运动方程与雷诺方程相结合,采用4阶龙格-库塔方法计算分析了气体稀薄效应对气体轴承-转子系统不平衡响应的影响。研究结果显示,考虑气体稀薄效应后,当质量偏心距较大时,MEMS气体轴承-转子系统的失稳轴颈转速较大,表明合适的偏心质量有助于改善系统的稳定性;在相同的质量偏心距下,考虑气体稀薄效应时气体轴承-转子系统在较低轴颈转速处出现峰值,表明此时不平衡偏心质量对气体轴承-转子系统运动的影响增大。 展开更多
关键词 微机电系统 气体轴承-转子系统 不平衡响应 稀薄效应 双向隐式差分算法
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动压气体轴承-转子系统的分岔和混沌 被引量:3
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作者 张永芳 吕延军 +1 位作者 周世生 虞烈 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2012年第S1期69-73,150-151,共7页
基于非线性动力学理论,研究了气体动压轴承-转子系统的不平衡响应及分岔行为。建立了与时间相关的非线性气体动压轴承的压力分布模型和气体动压轴承-刚性Jeffcott转子系统的动力学模型。运用有限差分法和逐次超松弛迭代法求解动压气体... 基于非线性动力学理论,研究了气体动压轴承-转子系统的不平衡响应及分岔行为。建立了与时间相关的非线性气体动压轴承的压力分布模型和气体动压轴承-刚性Jeffcott转子系统的动力学模型。运用有限差分法和逐次超松弛迭代法求解动压气体润滑雷诺方程;运用轨迹图、Poincaré映射图、时间历程图、频谱图和分岔图研究了有限宽气体轴承支承的非线性转子系统的不平衡响应及分岔;数值模拟结果揭示了系统存在复杂多样的非线性现象,这对气体润滑轴承支承的实际轴承—转子系统的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 动压气体轴承-转子系统 非线性 分岔 混沌
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气体轴承-转子系统典型振动特性分析 被引量:2
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作者 韩东江 杨金福 陈昌婷 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期7-13,共7页
给出了单跨、气体轴承支承的转子系统中出现的共振、气膜半速涡动(包含临界半速涡动)、双低频特性、气膜振荡、工频碰磨、低频碰磨等典型振动现象,采用轴心轨迹,分岔图,以及频谱图等振动测试分析方法,呈现了以上典型振动现象的动力学特... 给出了单跨、气体轴承支承的转子系统中出现的共振、气膜半速涡动(包含临界半速涡动)、双低频特性、气膜振荡、工频碰磨、低频碰磨等典型振动现象,采用轴心轨迹,分岔图,以及频谱图等振动测试分析方法,呈现了以上典型振动现象的动力学特征,为识别气体轴承中的典型振动现象提供试验数据支持;同时,针对以上典型振动特征,采用轴承-转子系统的载荷运动平衡方程,给出了定性的理论分析以及相应的控制方法,为气体轴承-转子系统的振动控制与稳定性研究提供可借鉴的数据和方法。 展开更多
关键词 气体轴承-转子系统 共振 气膜涡动 双低频 气膜振荡 碰磨
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动静压气体轴承-转子系统振动特性实验研究 被引量:1
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作者 张璐瑶 贾晨辉 +1 位作者 臧腾飞 史大炜 《机械设计与制造》 北大核心 2023年第9期128-132,共5页
基于气体轴承-转子系统的非线性响应,搭建气体轴承-转子系统振动测试试验台。结合时域图、频谱图和轴心轨迹图分析气体轴承-转子系统升速过程中运行状态的发展变化情况,研究系统运行过程中的非线性振动特性。分析不同供气压力对振型、... 基于气体轴承-转子系统的非线性响应,搭建气体轴承-转子系统振动测试试验台。结合时域图、频谱图和轴心轨迹图分析气体轴承-转子系统升速过程中运行状态的发展变化情况,研究系统运行过程中的非线性振动特性。分析不同供气压力对振型、振幅、频率、轴心轨迹和稳定性的影响,提出稳定性控制方法。结果表明:调整动静压气体轴承供气压力,能够改变系统的动态特性,有效提高系统的固有频率,改善低频振动与固有频率耦合效应,提高转子失稳转速,推迟振荡失稳的产生,限制气膜振荡的幅值,能够有效的提高轴承-转子系统运行稳定性。 展开更多
关键词 动静压气体轴承 气体轴承-转子系统 振动 稳定性 试验研究
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阶跃载荷下气体轴承-转子系统瞬态特性流固耦合分析 被引量:1
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作者 丁一 马文琦 +1 位作者 孙培耕 邱习强 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期30-36,共7页
以气体轴承-转子系统为研究对象,基于流固耦合法,对系统在铣削过程中受到阶跃载荷瞬间转子位移动态响应、气膜流场压力变化等瞬态特性进行研究。研究结果表明:在流固耦合作用下,转子最终达到稳定平衡状态,在不同阶跃载荷下,转子均出现... 以气体轴承-转子系统为研究对象,基于流固耦合法,对系统在铣削过程中受到阶跃载荷瞬间转子位移动态响应、气膜流场压力变化等瞬态特性进行研究。研究结果表明:在流固耦合作用下,转子最终达到稳定平衡状态,在不同阶跃载荷下,转子均出现偏心倾斜,转子末端及刀头处出现振荡过程;阶跃载荷越大,系统超调量、上升时间、转子偏斜位移越大,而超调时间变小;与稳态阶跃载荷相比,矩形阶跃载荷下系统因预载荷导致超调量减小,稳定时间缩短;矩形阶跃载荷超调时刻的压力变化较小且高压区域波动平稳,有利于提高转子瞬态响应特性。 展开更多
关键词 流固耦合 气体轴承-转子系统 瞬态特性 阶跃载荷
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供气压降下气体轴承-转子系统瞬态特性流固耦合分析
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作者 郑少林 马文琦 +1 位作者 孙培耕 丁一 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期35-39,共5页
为研究供气压力波动对气体轴承-转子系统瞬态特性的影响,采用一种流固耦合仿真与实验相结合的方法,对空载及加载下气体轴承-转子系统在不同转速和供气压力下降时的转子下端偏移、轴心轨迹等变化规律进行了研究。结果表明:供气压力以斜... 为研究供气压力波动对气体轴承-转子系统瞬态特性的影响,采用一种流固耦合仿真与实验相结合的方法,对空载及加载下气体轴承-转子系统在不同转速和供气压力下降时的转子下端偏移、轴心轨迹等变化规律进行了研究。结果表明:供气压力以斜坡形式下降时转子下端偏移理想轨迹的距离呈现波浪式变化,且工频条件下的轴心轨迹重复性变差;加载时供气压降前后转子下端偏移差值明显高于空载状态;供气压降前后转子下端偏移差值随着加载力和转速的增大而增大。 展开更多
关键词 流固耦合 气体轴承-转子系统 供气压力下降 轴心轨迹
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气体轴承特性模拟及实验验证 被引量:4
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作者 李子君 韩东江 +3 位作者 杨金福 毕春晓 郝龙 雷欢 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期52-58,共7页
针对某30 kW微型燃气轮机用静压气体轴承,开展轴承刚度、承载力及轴系临界转速特征的数值与实验研究。通过离散化可压缩雷诺方程,采用数值迭代方法,获取轴承内气膜压力分布和气膜刚度特性;采用有限元方法,研究转子-轴承系统的模态特性... 针对某30 kW微型燃气轮机用静压气体轴承,开展轴承刚度、承载力及轴系临界转速特征的数值与实验研究。通过离散化可压缩雷诺方程,采用数值迭代方法,获取轴承内气膜压力分布和气膜刚度特性;采用有限元方法,研究转子-轴承系统的模态特性与临界转速;在气体轴承支撑的微型燃气轮机试验台上,采用时域振动信号和不平衡响应曲线等振动测试分析方法,获取轴系的气膜临界转速特性。研究结果表明:研究的该静压气体轴承,其转速在30 000 r/min内动压效应相对于静压效应可以忽略;轴承气膜刚度随着偏心率增大而增大,但当偏心率超过0. 8时,由于出现"静态不稳定区域"导致气膜刚度下降。数值模拟和实验都证实了转子在6 000 r/min和9 000 r/min附近出现了由气膜刚度引起的锥动临界特征。 展开更多
关键词 气体轴承-转子系统 雷诺方程 气膜刚度 振动模态 临界转速
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