基于有限元方法的浮环轴承的油膜稳定性研究

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1、基于有限元方法的浮环轴承的油膜稳定性研究基于有限元方法的浮环轴承的油膜稳定性研究#周鹏1，周东2，徐文江2，蒋枚利1，宋豫川1**5101520（1.重庆大学机械工程学院，重庆400030；2.重庆江增船舶重工有限公司，重庆402260）摘要：本文建立了浮环轴承内、外油膜的无量纲动态Renoylds方程；利用有限元方法，给出了浮环轴承8个动态特性系数的有限元求解过程；推导出了计入浮环质量的浮环轴承的等效阻尼系数和等效刚度系数的表达式。给出了相应的算例，并将计算结果与内外油膜的串联刚度系数、串联阻尼系数做了比较。计

2、算结果表明浮环轴承的等效阻尼、等效刚度并不是简单的内外油膜阻尼、刚度的串联形式；在此基础上，结合劳斯-赫尔维茨判定准则，给出了计入浮环质量的浮环轴承的稳定性的判定模型。关键词：浮环轴承；有限元方法；等效阻尼；等效刚度；稳定性中图分类号：TH133.3Researchofoil-filmstabilityoffloatingringbearingbasedonthefiniteelementmethodZHOUPeng1,ZHOUDong2,XUWenJiang2,JIANGMeiLi1,SONGYuChuan11.M

3、echanical&engineeringcollege,ChongqingUniversity,ChongQing400030;2.JiangJinshipbuildingindustryCO,LTD,ChongQing402260Abstract:Inthispaper,thedimensionlessdynamicRenoyldsequationofinnerandouterfilmoffloatingringbearingisestablished,andthefiniteelementsolutionpr

4、ocessoftheeightdynamiccoefficientsoffloatingringbearingisgiven.Besides,Theequivalentstiffnesscoefficient253035consideringthemassoffloatingringbearingexpressionisdeduced.Then,relevantexampleisgivenandtheresultsofequivalentdampingandequivalentstiffnessiscompared

5、withseriesdampingandseriesstiffnessrespectively.Thus,provingthattheequivalentdampingandequivalentstiffnessisdifferentfrominnerandouterfilmoffloatingringbearinginseries.Besides,combiningtheRouth-Hurwitzcriterion,thestabilityjudgemodeloffloatingringbearingconside

6、ringmassoffloatingringbearingisgot.Keywords:floatingringbearing;finiteelementmethod;equivalentdamp;equivalentstiffness;stability.0引言高转速、大跨度、柔性转子、轻结构是轴承近年来的发展趋势，尤其是微型燃气轮机、透平膨胀机等领域具有良好的性能优势。浮环轴承是一种被浮环隔开的双膜润滑的轴承，具有尺寸小、结构简单、磨损小、效率高、稳定性比普通轴承优越的特点，设计良好的浮环轴承，在相同的承载能力下

7、，比普通轴承的功耗低20%~30%[1]，其运动模型如图1所示。但是，它在提高性能的同时也引起更为严重的失稳问题，需要更深入地进行理论与实验的研究才能解决。基金项目：国家“十二五”科技支撑计划2012BAF01B01作者简介：周鹏（1988-），男，硕士研究生，机械制造及其自动化通信联系人：宋豫川（1973-），男，教授，机械制造及其自动化.E-mail:syc@-1-404550轴承正常运转时，油膜通常起着非线性的弹簧阻尼作用。但由于这类问题大多数只涉及较小的振幅，故可以利用线性化的刚度和阻尼系数来描述轴承动特

8、性。文献[2]与文献[3]在计算浮环轴承时，把内外油膜等效为一层油膜，并把等效刚度和等效阻尼的计算表示为内外油膜刚度和阻尼的串联，但研究发现，浮环轴承内外油膜动态特性系数的相互作用不能像普通圆柱轴承那样表示成简单的刚度和阻尼的形式[4]。关于浮环轴承的稳定性及内、外油膜方程的求解的研究，尽管有相关文献做了浮环轴承动态特性的有限元求解，以及浮环轴