电辅助涡轮增压器转子动力学特性研究

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1、电辅助涡轮增压器转子动力学特性研究刘张飞2015年3月中图分类号：TG156UDC分类号：629.3电辅助涡轮增压器转子动力学特性研究作者姓名刘张飞学院名称机械与车辆学院指导教师张虹副教授答辩委员会主席马朝臣教授申请学位工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyofrotordynamicperformanceforelectricassistedturbochagerCandidateName：LiuZhangfeiSchoolorDepartment:SchoolofmechanicalengineeringFacultyMentor:

2、Prof.ZhangHongChair,ThesisCommittee：Prof.MaChaochengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：PowerEngineeringandEngineeringThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：March，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北

3、京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要涡轮增压器是一种高速旋转机械，转子系统的稳定性和可靠性直接关系到增压器能否正常运行。电辅助涡轮增压器是涡轮增压器本体的一种技术改进，在实现高速电机与涡轮增压器转子系统集成后必然会降低涡轮增压器转子系统的稳定性。在电辅助涡轮增压器的设计研发阶段，有必要对其转子动力学特性进行深入分析，验证其方案的可行性。本文建立了考虑非线性油膜力的电辅助涡轮增压器转子轴承系统动力学模型，采用数值计算方法对涡轮增压器的线性和非

4、线性转子动力学特性进行了深入研究，验证了电机中置式电辅助涡轮增压器结构方案的可行性，并对其轴系进行了非线性动力学设计。研究内容如下：(1)建立JP60型涡轮增压器转子轴承动力学模型，对其进行传统的线性转子动力学分析，包括临界转速分析、不平衡响应分析和瞬态响应分析。(2)建立考虑非线性油膜力JP60涡轮增压器转子轴承动力学模型，对其进行非线性转子动力学分析，研究浮环轴承内外油膜失稳现象和发生机理；进一步研究不平衡量、轴承内外间隙和润滑油黏度对涡轮增压器稳定性的影响。研究结果表明：JP60涡轮增压器在低转速范围内振动的主要原因是不平衡量引起的基频振动，高转速范围内是非线性油膜力引起的自激振动；合适

5、的不平衡量可以抑制油膜振荡的发生；合理地改变轴承参数可以提高转子系统的稳定性。(3)建立电机中置式电辅助涡轮增压器转子轴承系统动力学模型，研究添加电机转子长度对系统临界转速和不平衡响应的影响；轴承内外油膜间隙对系统稳定性的影响；对全浮动轴承和半浮动轴承支承的电辅助涡轮增压器转子轴承系统动力学特性进行对比研究。研究结果表明：电机中置式电辅助涡轮增压器从转子动力学角度可行，电机转子长度不能超过40mm，合理地内外油膜间隙能够有效地避免工作范围内发生油膜振荡，提高系统的稳定性，内外油膜间隙分别取0.016mm和0.026mm时转子轴承系统的稳定性达到最佳；半浮动轴承与全浮动轴承相比具有明显的减振作用

6、，能够有效地抑制油膜振荡的发生。关键词：电辅助涡轮增压器；转子动力学特性；非线性油膜涡动I北京理工大学硕士学位论文AbstractTurbocharger,ahigh-speedandlightloadmachine,whoserotationspeedcanreachtensofthousandsrevolutionsperminute.Thestabilityandreliabilityofrotorbearingsystemaredirectlyrelatedtotheoperationofturbocharger.Theelectricassistedturbochargerisani

7、mprovedturbochargerbyintegratingthemotorrotorintoturbochargerrotorsystem.However,thestabilityoftheturbochargerrotorsystemisloweredtosomeextent.Inthedevelopmentphaseofdesigningelectricassistedturbochar